[논제 1] 반지름이 1 \displaystyle 1 1 이므로, 호의 길이가 t \displaystyle t t 이면 중심각은 t \displaystyle t t 이다.
+5점 · ℓ ( t ) \displaystyle \ell(t) ℓ ( t ) 를 제시 실수 t ≥ 0 \displaystyle t\ge0 t ≥ 0 에 대하여 점 P 1 , P 2 , P 3 , P 4 \displaystyle \mathrm{P}_1,\mathrm{P}_2,\mathrm{P}_3,\mathrm{P}_4 P 1 , P 2 , P 3 , P 4 의 좌표는 P 1 ( − sin t , 2 + cos t ) P 2 ( − 2 − cos t , − sin t ) P 3 ( sin t , − 2 − cos t ) P 4 ( 2 + cos t , sin t ) \displaystyle \begin{aligned}&\mathrm{P}_1(-\sin t,2+\cos t)\\&\mathrm{P}_2(-2-\cos t,-\sin t)\\&\mathrm{P}_3(\sin t,-2-\cos t)\\&\mathrm{P}_4(2+\cos t,\sin t)\end{aligned} P 1 ( − sin t , 2 + cos t ) P 2 ( − 2 − cos t , − sin t ) P 3 ( sin t , − 2 − cos t ) P 4 ( 2 + cos t , sin t ) …………… (*)이므로 ( ℓ ( t ) ) 2 = ( − 2 sin t ) 2 + ( 4 + 2 cos t ) 2 = 20 + 16 cos t \displaystyle (\ell(t))^2=(-2\sin t)^2+(4+2\cos t)^2=20+16\cos t ( ℓ ( t ) ) 2 = ( − 2 sin t ) 2 + ( 4 + 2 cos t ) 2 = 20 + 16 cos t 이다.
+5점 · a = 64 π \displaystyle a=64\pi a = 64 π 임을 제시 그러므로 a = ∫ 0 π 2 ( ( ℓ ( t ) ) 2 − 20 ) 2 d t = 256 ∫ 0 π 2 cos 2 t d t = 128 ∫ 0 π 2 ( 1 + cos 2 t ) d t = 64 π \displaystyle a=\int_0^{\frac\pi2}((\ell(t))^2-20)^2\,dt=256\int_0^{\frac\pi2}\cos^2t\,dt=128\int_0^{\frac\pi2}(1+\cos2t)\,dt=64\pi a = ∫ 0 2 π (( ℓ ( t ) ) 2 − 20 ) 2 d t = 256 ∫ 0 2 π cos 2 t d t = 128 ∫ 0 2 π ( 1 + cos 2 t ) d t = 64 π
+5점 · A ( t ) \displaystyle A(t) A ( t ) 를 제시 한편 P 1 P 2 ‾ = P 2 P 3 ‾ = P 3 P 4 ‾ = P 1 P 4 ‾ = ( − sin t + 2 + cos t ) 2 + ( 2 + cos t + sin t ) 2 = 10 + 8 cos t \displaystyle \overline{\mathrm{P}_1\mathrm{P}_2}=\overline{\mathrm{P}_2\mathrm{P}_3}=\overline{\mathrm{P}_3\mathrm{P}_4}=\overline{\mathrm{P}_1\mathrm{P}_4}=\sqrt{(-\sin t+2+\cos t)^2+(2+\cos t+\sin t)^2}=\sqrt{10+8\cos t} P 1 P 2 = P 2 P 3 = P 3 P 4 = P 1 P 4 = ( − sin t + 2 + cos t ) 2 + ( 2 + cos t + sin t ) 2 = 10 + 8 cos t 이므로 사각형 P 1 P 2 P 3 P 4 \displaystyle \mathrm{P}_1\mathrm{P}_2\mathrm{P}_3\mathrm{P}_4 P 1 P 2 P 3 P 4 는 모든 변의 길이가 10 + 8 cos t \displaystyle \sqrt{10+8\cos t} 10 + 8 cos t 이고 두 대각선은 서로를 수직 이등분한다. 또한 마찬가지 방법으로 두 대각선의 길이는 P 1 P 3 ‾ = P 2 P 4 ‾ = 20 + 16 cos t \displaystyle \overline{\mathrm{P}_1\mathrm{P}_3}=\overline{\mathrm{P}_2\mathrm{P}_4}=\sqrt{20+16\cos t} P 1 P 3 = P 2 P 4 = 20 + 16 cos t 로 같으므로 사각형 P 1 P 2 P 3 P 4 \displaystyle \mathrm{P}_1\mathrm{P}_2\mathrm{P}_3\mathrm{P}_4 P 1 P 2 P 3 P 4 는 정사각형이다. 따라서 A ( t ) = 10 + 8 cos t \displaystyle A(t)=10+8\cos t A ( t ) = 10 + 8 cos t 이고 A ( t ) \displaystyle A(t) A ( t ) 는 미분가능한 함수이다.
+5점 · 정답을 제시 A ′ ( t ) = − 8 sin t = 0 \displaystyle A^{\prime}(t)=-8\sin t=0 A ′ ( t ) = − 8 sin t = 0 에서 t = π , 2 π , ⋯ , 63 π \displaystyle t=\pi,2\pi,\cdots,63\pi t = π , 2 π , ⋯ , 63 π 이다. 각 점의 좌우에서 A ′ ( t ) \displaystyle A^{\prime}(t) A ′ ( t ) 의 부호가 바뀌므로, A ( t ) \displaystyle A(t) A ( t ) 의 극값은A ( t ) = { 18 , t = 2 π , 4 π , ⋯ , 62 π 2 , t = π , 3 π , ⋯ , 63 π \displaystyle A(t)=\begin{cases}18,&t=2\pi,4\pi,\cdots,62\pi\\2,&t=\pi,3\pi,\cdots,63\pi\end{cases} A ( t ) = { 18 , 2 , t = 2 π , 4 π , ⋯ , 62 π t = π , 3 π , ⋯ , 63 π 그러므로 구간 0 < t < 64 π \displaystyle 0<t<64\pi 0 < t < 64 π 에서의 함수 A ( t ) \displaystyle A(t) A ( t ) 의 모든 극값의 합은 18 × 31 + 2 × 32 = 622 \displaystyle 18\times31+2\times32=622 18 × 31 + 2 × 32 = 622 이다.
+7점 · 점 Q \displaystyle \mathrm{Q} Q 를 제시 [논제 2] 모든 0 ≤ t ≤ 3 π 2 \displaystyle 0\le t\le\frac{3\pi}2 0 ≤ t ≤ 2 3 π 에 대하여 점 Q \displaystyle \mathrm{Q} Q 의 좌표는 { Q ( 3 π 2 , − t ) , 0 ≤ t ≤ π 2 Q ( 2 π − t , − π 2 ) , π 2 ≤ t ≤ π Q ( π , t − 3 π 2 ) , π ≤ t ≤ 3 π 2 \displaystyle \begin{cases}\mathrm{Q}\left(\frac{3\pi}2,-t\right),&0\le t\le\frac\pi2\\\mathrm{Q}\left(2\pi-t,-\frac\pi2\right),&\frac\pi2\le t\le\pi\\\mathrm{Q}\left(\pi,t-\frac{3\pi}2\right),&\pi\le t\le\frac{3\pi}2\end{cases} ⎩ ⎨ ⎧ Q ( 2 3 π , − t ) , Q ( 2 π − t , − 2 π ) , Q ( π , t − 2 3 π ) , 0 ≤ t ≤ 2 π 2 π ≤ t ≤ π π ≤ t ≤ 2 3 π …………… (**)
+8점 · f ( t ) \displaystyle f(t) f ( t ) 를 제시 그러므로, (*)과 (**)을 이용하면 함수 f ( t ) \displaystyle f(t) f ( t ) 는 f ( t ) = { π 2 , 0 ≤ t ≤ π 2 − 1 3 t + 2 π 3 , π 2 ≤ t ≤ π π 3 , π ≤ t ≤ 3 π 2 \displaystyle f(t)=\begin{cases}\frac\pi2,&0\le t\le\frac\pi2\\-\frac13t+\frac{2\pi}3,&\frac\pi2\le t\le\pi\\\frac\pi3,&\pi\le t\le\frac{3\pi}2\end{cases} f ( t ) = ⎩ ⎨ ⎧ 2 π , − 3 1 t + 3 2 π , 3 π , 0 ≤ t ≤ 2 π 2 π ≤ t ≤ π π ≤ t ≤ 2 3 π
+10점 · 정답을 제시 따라서, ∫ π 2 3 π 2 A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 0 π ( f ( t ) ) 2 d t = ∫ π 2 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t + ∫ π 3 π 2 A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ π 2 π ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 0 π 2 ( f ( t ) ) 2 d t = ∫ π 2 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ π 2 π ( f ( t ) ) 2 d t + π 2 9 ∫ π 3 π 2 ( 10 + 8 cos t ) d t − 5 4 π 3 \displaystyle \begin{aligned}&\int_{\frac\pi2}^{\frac{3\pi}2}A(t)(f(t))^2\,dt-10\int_0^\pi(f(t))^2\,dt\\&=\int_{\frac\pi2}^\pi A(t)(f(t))^2\,dt+\int_\pi^{\frac{3\pi}2}A(t)(f(t))^2\,dt-10\int_{\frac\pi2}^\pi(f(t))^2\,dt-10\int_0^{\frac\pi2}(f(t))^2\,dt\\&=\int_{\frac\pi2}^\pi A(t)(f(t))^2\,dt-10\int_{\frac\pi2}^\pi(f(t))^2\,dt+\frac{\pi^2}9\int_\pi^{\frac{3\pi}2}(10+8\cos t)\,dt-\frac54\pi^3\end{aligned} ∫ 2 π 2 3 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 0 π ( f ( t ) ) 2 d t = ∫ 2 π π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t + ∫ π 2 3 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 2 π π ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 0 2 π ( f ( t ) ) 2 d t = ∫ 2 π π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 2 π π ( f ( t ) ) 2 d t + 9 π 2 ∫ π 2 3 π ( 10 + 8 cos t ) d t − 4 5 π 3 먼저 ∫ π 2 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ π 2 π ( f ( t ) ) 2 d t = 8 9 ∫ π 2 π ( t − 2 π ) 2 cos t d t = 8 9 ∫ π 2 π ( t 2 − 4 π t + 4 π 2 ) cos t d t \displaystyle \begin{aligned}&\int_{\frac\pi2}^\pi A(t)(f(t))^2\,dt-10\int_{\frac\pi2}^\pi(f(t))^2\,dt\\&=\frac89\int_{\frac\pi2}^\pi(t-2\pi)^2\cos t\,dt\\&=\frac89\int_{\frac\pi2}^\pi(t^2-4\pi t+4\pi^2)\cos t\,dt\end{aligned} ∫ 2 π π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 2 π π ( f ( t ) ) 2 d t = 9 8 ∫ 2 π π ( t − 2 π ) 2 cos t d t = 9 8 ∫ 2 π π ( t 2 − 4 π t + 4 π 2 ) cos t d t 여기서, ∫ t 2 cos t d t = t 2 sin t + 2 t cos t − 2 sin t + c 1 , ∫ t cos t d t = t sin t + cos t + c 2 \displaystyle \int t^2\cos t\,dt=t^2\sin t+2t\cos t-2\sin t+c_1,\quad\int t\cos t\,dt=t\sin t+\cos t+c_2 ∫ t 2 cos t d t = t 2 sin t + 2 t cos t − 2 sin t + c 1 , ∫ t cos t d t = t sin t + cos t + c 2 이므로 (c 1 , c 2 \displaystyle c_1,c_2 c 1 , c 2 는 적분상수) ∫ π 2 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ π 2 π ( f ( t ) ) 2 d t = 8 9 [ t 2 sin t + 2 t cos t − 2 sin t ] π 2 π − 32 π 9 [ t sin t + cos t ] π 2 π + 32 π 2 9 [ sin t ] π 2 π = 16 9 + 16 9 π − 2 π 2 \displaystyle \begin{aligned}&\int_{\frac\pi2}^\pi A(t)(f(t))^2\,dt-10\int_{\frac\pi2}^\pi(f(t))^2\,dt\\&=\frac89\Biggl[t^2\sin t+2t\cos t-2\sin t\Biggr]_{\frac\pi2}^\pi-\frac{32\pi}9\Biggl[t\sin t+\cos t\Biggr]_{\frac\pi2}^\pi+\frac{32\pi^2}9\Biggl[\sin t\Biggr]_{\frac\pi2}^\pi\\&=\frac{16}9+\frac{16}9\pi-2\pi^2\end{aligned} ∫ 2 π π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 2 π π ( f ( t ) ) 2 d t = 9 8 [ t 2 sin t + 2 t cos t − 2 sin t ] 2 π π − 9 32 π [ t sin t + cos t ] 2 π π + 9 32 π 2 [ sin t ] 2 π π = 9 16 + 9 16 π − 2 π 2 또한 π 2 9 ∫ π 3 π 2 ( 10 + 8 cos t ) d t = π 2 9 ( 5 π + 8 [ sin t ] π 3 π 2 ) = 5 9 π 3 − 8 9 π 2 \displaystyle \frac{\pi^2}9\int_\pi^{\frac{3\pi}2}(10+8\cos t)\,dt=\frac{\pi^2}9\left(5\pi+8\Biggl[\sin t\Biggr]_\pi^{\frac{3\pi}2}\right)=\frac59\pi^3-\frac89\pi^2 9 π 2 ∫ π 2 3 π ( 10 + 8 cos t ) d t = 9 π 2 5 π + 8 [ sin t ] π 2 3 π = 9 5 π 3 − 9 8 π 2 그러므로 ∫ π 2 3 π 2 A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 0 π ( f ( t ) ) 2 d t = 16 9 + 16 9 π − 2 π 2 + 5 9 π 3 − 8 9 π 2 − 5 4 π 3 = 16 9 + 16 9 π − 26 9 π 2 − 25 36 π 3 \displaystyle \begin{aligned}&\int_{\frac\pi2}^{\frac{3\pi}2}A(t)(f(t))^2\,dt-10\int_0^\pi(f(t))^2\,dt\\&=\frac{16}9+\frac{16}9\pi-2\pi^2+\frac59\pi^3-\frac89\pi^2-\frac54\pi^3\\&=\frac{16}9+\frac{16}9\pi-\frac{26}9\pi^2-\frac{25}{36}\pi^3\end{aligned} ∫ 2 π 2 3 π A ( t ) ( f ( t ) ) 2 d t − 10 ∫ 0 π ( f ( t ) ) 2 d t = 9 16 + 9 16 π − 2 π 2 + 9 5 π 3 − 9 8 π 2 − 4 5 π 3 = 9 16 + 9 16 π − 9 26 π 2 − 36 25 π 3
예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.