수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

[문제 2] 다음 제시문을 읽고 질문에 답하시오. (45점)

(가) 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 정의역에 속하는 모든 x\displaystyle x에 대하여f(x+p)=f(x)\displaystyle f(x+p)=f(x)를 만족시키는 0\displaystyle 0이 아닌 상수 p\displaystyle p가 존재할 때, 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)를 주기함수라 하고 상수 p\displaystyle p 중에서 최소인 양수를 그 함수의 주기라고 한다.

(나) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 a,b\displaystyle a,b를 포함하는 열린구간에서 연속이고, f(x)\displaystyle f(x)의 한 부정적분을 F(x)\displaystyle F(x)라 하면 f(x)\displaystyle f(x)의 a\displaystyle a에서 b\displaystyle b까지의 정적분은∫abf(x) dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a)\displaystyle \int_a^bf(x)\,dx=\Biggl[F(x)\Biggr]_a^b=F(b)-F(a)

자연수 n\displaystyle n에 대하여, 2(n−1)≤x<2n\displaystyle 2(n-1)\le x<2n일 때f(x)=sin⁡(nπx)\displaystyle f(x)=\sin(n\pi x)라 하자.

[논제 1] ∫0tf(x) dx=16π\displaystyle \int_0^tf(x)\,dx=\frac1{6\pi}을 만족시키는 실수 t\displaystyle t의 최댓값을 구하시오. (단, 0≤t≤6\displaystyle 0\le t\le6) (20점)

[논제 2] 다음 조건을 만족시키는 실수 m\displaystyle m의 값의 범위를 구하시오. (25점)

0≤k≤m\displaystyle 0\le k\le m이고 ∫0kf(x) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=0인 실수 k\displaystyle k의 개수가 18\displaystyle 18이다.

해설강의 준비중
+7점 · 16π=[−13πcos⁡(3πx)]4t\displaystyle \frac1{6\pi}=\Biggl[-\frac1{3\pi}\cos(3\pi x)\Biggr]_4^t임을 제시

[논제1] 먼저 닫힌구간 [4,6]\displaystyle [4,6]에서 주어진 조건을 만족하는 t\displaystyle t를 찾아보자.∫04f(x) dx=0\displaystyle \int_0^4f(x)\,dx=0이므로 16π=∫0tf(x) dx=∫4tsin⁡(3πx) dx=[−13πcos⁡(3πx)]4t\displaystyle \frac1{6\pi}=\int_0^tf(x)\,dx=\int_4^t\sin(3\pi x)\,dx=\Biggl[-\frac1{3\pi}\cos(3\pi x)\Biggr]_4^t

+3점 · cos⁡3πt=12\displaystyle \cos3\pi t=\frac12임을 제시

즉, 닫힌구간 [4,6]\displaystyle [4,6]에서 cos⁡3πt=12\displaystyle \cos3\pi t=\frac12을 만족시키는 t\displaystyle t의 값은379,419,439,479,499,539\displaystyle \frac{37}9,\frac{41}9,\frac{43}9,\frac{47}9,\frac{49}9,\frac{53}9

+10점 · t\displaystyle t의 최댓값 539\displaystyle \frac{53}9임을 제시

이다. 그러므로 닫힌구간 [0,6]\displaystyle [0,6]에서 주어진 조건을 만족시키는 t\displaystyle t의 최댓값은 539\displaystyle \frac{53}9이다.

+10점 · 구간 0≤k<10\displaystyle 0\le k<10에서 ∫0kf(x) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=0인 실수 k\displaystyle k의 개수는 15\displaystyle 15임을 제시 (k=0\displaystyle k=0을 고려하지 않는 경우도 평가위원에 따라 부분점수 부여)

[논제2]0≤k<2\displaystyle 0\le k<2이고 ∫0kf(x) dx=∫0ksin⁡(πx) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=\int_0^k\sin(\pi x)\,dx=0인 k\displaystyle k의 개수는 1\displaystyle 1,2≤k<4\displaystyle 2\le k<4이고 ∫0kf(x) dx=∫2ksin⁡(2πx) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=\int_2^k\sin(2\pi x)\,dx=0인 k\displaystyle k의 개수는 2\displaystyle 2,4≤k<6\displaystyle 4\le k<6이고 ∫0kf(x) dx=∫4ksin⁡(3πx) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=\int_4^k\sin(3\pi x)\,dx=0인 k\displaystyle k의 개수는 3\displaystyle 3,6≤k<8\displaystyle 6\le k<8이고 ∫0kf(x) dx=∫6ksin⁡(4πx) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=\int_6^k\sin(4\pi x)\,dx=0인 k\displaystyle k의 개수는 4\displaystyle 4,8≤k<10\displaystyle 8\le k<10이고 ∫0kf(x) dx=∫8ksin⁡(5πx) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=\int_8^k\sin(5\pi x)\,dx=0인 k\displaystyle k의 개수는 5\displaystyle 5이므로 구간 0≤k<10\displaystyle 0\le k<10에서 ∫0kf(x) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=0인 실수 k\displaystyle k의 개수는 15\displaystyle 15이다.

+5점 · 10≤k<12\displaystyle 10\le k<12일 때 cos⁡6πk=1\displaystyle \cos6\pi k=1임을 제시

따라서 10≤k≤m\displaystyle 10\le k\le m일 때∫0kf(x) dx=∫10kf(x) dx=0\displaystyle \int_0^kf(x)\,dx=\int_{10}^kf(x)\,dx=0을 만족시키는 k\displaystyle k의 개수가 3\displaystyle 3이어야 한다.0=∫10kf(x) dx=∫10ksin⁡6πx dx=−16π[cos⁡6πx]10k\displaystyle 0=\int_{10}^kf(x)\,dx=\int_{10}^k\sin6\pi x\,dx=-\frac1{6\pi}\Biggl[\cos6\pi x\Biggr]_{10}^k이므로 10≤k<12\displaystyle 10\le k<12일 때 cos⁡6πk=1\displaystyle \cos6\pi k=1을 만족시키는 k\displaystyle k의 값을 모두 구하면10,10+13,10+23,11,11+13,11+23\displaystyle 10,10+\frac13,10+\frac23,11,11+\frac13,11+\frac23

+10점 · m\displaystyle m의 값의 범위 323≤m<11\displaystyle \frac{32}3\le m<11임을 제시

이다. 따라서 구간 10≤k≤m\displaystyle 10\le k\le m인 k\displaystyle k가 3\displaystyle 3개뿐이기 위한 m\displaystyle m의 값의 범위는 323≤m<11\displaystyle \frac{32}3\le m<11이다.

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

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