수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중

[논제 1] 반지름이 1\displaystyle 1이므로, 호의 길이가 t\displaystyle t이면 중심각은 t\displaystyle t이다.

반지름 1인 원에서 호의 길이 t와 중심각 t
+5점 · (t)\displaystyle \ell(t)를 제시

실수 t0\displaystyle t\ge0에 대하여 점 P1,P2,P3,P4\displaystyle \mathrm{P}_1,\mathrm{P}_2,\mathrm{P}_3,\mathrm{P}_4의 좌표는P1(sint,2+cost)P2(2cost,sint)P3(sint,2cost)P4(2+cost,sint)\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} …………… (*)이므로 ((t))2=(2sint)2+(4+2cost)2=20+16cost\displaystyle (\ell(t))^2=(-2\sin t)^2+(4+2\cos t)^2=20+16\cos t이다.

+5점 · a=64π\displaystyle a=64\pi임을 제시

그러므로a=0π2(((t))220)2dt=2560π2cos2tdt=1280π2(1+cos2t)dt=64π\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

+5점 · A(t)\displaystyle A(t)를 제시

한편P1P2=P2P3=P3P4=P1P4=(sint+2+cost)2+(2+cost+sint)2=10+8cost\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}이므로 사각형 P1P2P3P4\displaystyle \mathrm{P}_1\mathrm{P}_2\mathrm{P}_3\mathrm{P}_4는 모든 변의 길이가 10+8cost\displaystyle \sqrt{10+8\cos t}이고 두 대각선은 서로를 수직 이등분한다.또한 마찬가지 방법으로 두 대각선의 길이는P1P3=P2P4=20+16cost\displaystyle \overline{\mathrm{P}_1\mathrm{P}_3}=\overline{\mathrm{P}_2\mathrm{P}_4}=\sqrt{20+16\cos t}로 같으므로 사각형 P1P2P3P4\displaystyle \mathrm{P}_1\mathrm{P}_2\mathrm{P}_3\mathrm{P}_4는 정사각형이다. 따라서 A(t)=10+8cost\displaystyle A(t)=10+8\cos t이고 A(t)\displaystyle A(t)는 미분가능한 함수이다.

+5점 · 정답을 제시

A(t)=8sint=0\displaystyle A^{\prime}(t)=-8\sin t=0에서 t=π,2π,,63π\displaystyle t=\pi,2\pi,\cdots,63\pi이다. 각 점의 좌우에서 A(t)\displaystyle A^{\prime}(t)의 부호가 바뀌므로, A(t)\displaystyle A(t)의 극값은A(t)={18,t=2π,4π,,62π2,t=π,3π,,63π\displaystyle A(t)=\begin{cases}18,&t=2\pi,4\pi,\cdots,62\pi\\2,&t=\pi,3\pi,\cdots,63\pi\end{cases}그러므로 구간 0<t<64π\displaystyle 0<t<64\pi에서의 함수 A(t)\displaystyle A(t)의 모든 극값의 합은 18×31+2×32=622\displaystyle 18\times31+2\times32=622이다.

+7점 · 점 Q\displaystyle \mathrm{Q}를 제시

[논제 2] 모든 0t3π2\displaystyle 0\le t\le\frac{3\pi}2에 대하여 점 Q\displaystyle \mathrm{Q}의 좌표는{Q(3π2,t),0tπ2Q(2πt,π2),π2tπQ(π,t3π2),πt3π2\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} …………… (**)

+8점 · f(t)\displaystyle f(t)를 제시

그러므로, (*)과 (**)을 이용하면 함수 f(t)\displaystyle f(t)f(t)={π2,0tπ213t+2π3,π2tππ3,πt3π2\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}

+10점 · 정답을 제시

따라서,π23π2A(t)(f(t))2dt100π(f(t))2dt=π2πA(t)(f(t))2dt+π3π2A(t)(f(t))2dt10π2π(f(t))2dt100π2(f(t))2dt=π2πA(t)(f(t))2dt10π2π(f(t))2dt+π29π3π2(10+8cost)dt54π3\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}먼저π2πA(t)(f(t))2dt10π2π(f(t))2dt=89π2π(t2π)2costdt=89π2π(t24πt+4π2)costdt\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}여기서,t2costdt=t2sint+2tcost2sint+c1,tcostdt=tsint+cost+c2\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_2이므로 (c1,c2\displaystyle c_1,c_2는 적분상수)π2πA(t)(f(t))2dt10π2π(f(t))2dt=89[t2sint+2tcost2sint]π2π32π9[tsint+cost]π2π+32π29[sint]π2π=169+169π2π2\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}또한π29π3π2(10+8cost)dt=π29(5π+8[sint]π3π2)=59π389π2\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^2그러므로π23π2A(t)(f(t))2dt100π(f(t))2dt=169+169π2π2+59π389π254π3=169+169π269π22536π3\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}

예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.