수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

【가】좌표평면 위의 두 점 A(x1,y1)\displaystyle A(x_1,y_1), B(x2,y2)\displaystyle B(x_2,y_2) 사이의 거리는AB‾=(x2−x1)2+(y2−y1)2\displaystyle \overline{AB}=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}.-『고등학교 수학』

【나】수직선 위를 움직이는 점 P\displaystyle P의 시각 t\displaystyle t에서의 위치 x\displaystyle x가 x=f(t)\displaystyle x=f(t)일 때 시각 t\displaystyle t에서 점 P\displaystyle P의 속도는 v=lim⁡Δt→0ΔxΔt=dxdt\displaystyle v=\lim_{\Delta t\to0}\frac{\Delta x}{\Delta t}=\frac{dx}{dt}이다. 속도의 절댓값 ∣v∣\displaystyle |v|를 시각 t\displaystyle t에서 점 P\displaystyle P의 속력이라고 한다.-『고등학교 수학 II』

【다】함수 x=f(t)\displaystyle x=f(t), y=g(t)\displaystyle y=g(t)가 t\displaystyle t에 대하여 미분가능하고 f′(t)≠0\displaystyle f^{\prime}(t)\ne0이면dydx=dydtdxdt=g′(t)f′(t)\displaystyle \frac{dy}{dx}=\frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}=\frac{g^{\prime}(t)}{f^{\prime}(t)}.-『고등학교 미적분』

【라】 음함수 표현 f(x,y)=0\displaystyle f(x,y)=0에서 y\displaystyle y를 x\displaystyle x의 함수로 보고 양변을 x\displaystyle x에 대하여 미분하여 dydx\displaystyle \frac{dy}{dx}를 구한다.-『고등학교 미적분』

[문제1] x\displaystyle x축 위의 점 P(x,0)\displaystyle P(x,0)과 y\displaystyle y축 위의 점 Q(0,y)\displaystyle Q(0,y) 사이의 거리가 5로 일정하게 고정되어 x,y>0\displaystyle x,y>0인 영역에서 0이 아닌 속력으로 움직인다고 하자. 점 P\displaystyle P의 속력이 점 Q\displaystyle Q의 속력의 절반이 될 때의 점 P\displaystyle P와 점 Q\displaystyle Q의 좌표를 구하고 풀이과정을 서술하시오.

해설강의 준비중
1단계 · 제시문 【나】를 이용하여 두 변수 사이의 관계식 x2+y2=25\displaystyle x^2+y^2=25을 얻는다.

점 P(x,0)\displaystyle P(x,0)와 점 Q(0,y)\displaystyle Q(0,y)사이의 거리가 5로 고정되어 있으므로 제시문 【나】 주어진 거리공식에 따라 (x−0)2+(y−0)2=5\displaystyle \sqrt{(x-0)^2+(y-0)^2}=5이다. 양변을 제곱하면Correction. 거리공식은 제시문 【가】에 있다. 채점기준 1단계와 예시답안의 【나】는 【가】의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.x2+y2=25\displaystyle x^2+y^2=25 (1)이다.

2단계 · 제시문 【라】를 이용하여 관계식을 미분한다.

제시문 【라】에서 주어진 음함수의 미분법을 이용하여 미분하면2x+2ydydx=0\displaystyle 2x+2y\frac{dy}{dx}=0 (2)이다.

3단계 · 제시문 【다】와 위의 2단계 식을 이용하여 dydx=−xy\displaystyle \frac{dy}{dx}=-\frac{x}{y}을 얻는다.

변수 x\displaystyle x와 y\displaystyle y를 시간 t\displaystyle t의 함수로 주어졌다고 하자. 그러면 제시문 【다】와 식 (2)에 의하여dydtdxdt=dydx=−xy\displaystyle \frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}=\frac{dy}{dx}=-\frac{x}{y} (3)을 얻는다.

4단계 · 조건을 이용하여 x=2y\displaystyle x=2y임을 보인다.

문제의 조건에서 ∣dxdt∣=12∣dydt∣≠0\displaystyle \left|\frac{dx}{dt}\right|=\frac12\left|\frac{dy}{dt}\right|\ne0이고 영역은 x,y>0\displaystyle x,y>0으로 주어졌으므로 식 (3)을 풀면 x=2y\displaystyle x=2y이 된다.

5단계 · (1단계)의 관계식에 대입하여 P\displaystyle P와 Q\displaystyle Q의 좌표를 얻는다.

이것을 다시 식 (1)에 대입하여 풀면 x=25\displaystyle x=2\sqrt5, y=5\displaystyle y=\sqrt5를 얻는다. 즉 P\displaystyle P의 좌표는 (25,0)\displaystyle (2\sqrt5,0)이고, Q\displaystyle Q의 좌표는 (0,5)\displaystyle (0,\sqrt5)이다.

채점 기준배점
상(1단계)부터 (5단계)까지를 모두 보이고, 논증이 매끄럽고 설득력있는 경우S
상(1단계)부터 (5단계)까지를 모두 보였으나 논증이 매끄럽지 않은 경우A
중(1단계)부터 (4단계)까지의 과정을 기술한 경우B
중(1단계)부터 (3단계)까지의 과정을 기술한 경우C
중(1단계)부터 (2단계)까지의 과정을 기술한 경우D
하위 단계 중 한 가지만 기술한 경우E
하어느 단계도 맞게 진술하지 못한 경우, 백지인 경우F

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