수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중

[문항1]삼각형 OAP\displaystyle \triangle OAP가 직각삼각형이고 OA=1\displaystyle \overline{OA}=1, OP=t\displaystyle \overline{OP}=t이므로, 피타고라스의 정리를 이용하면 고무줄의 길이는f(t)=AP=(OA)2+(OP)2=t2+1\displaystyle f(t)=\overline{AP}=\sqrt{(\overline{OA})^2+(\overline{OP})^2}=\sqrt{t^2+1}이다.고무줄의 길이의 순간변화율은f(t)=ddt(t2+1)=tt2+1\displaystyle f^{\prime}(t)=\frac{d}{dt}(\sqrt{t^2+1})=\frac{t}{\sqrt{t^2+1}}이고, 따라서 시각 t=1\displaystyle t=1초일 때 고무줄의 길이의 순간변화율은f(1)=112+1=12\displaystyle f^{\prime}(1)=\frac1{\sqrt{1^2+1}}=\frac1{\sqrt2}.

[문항2]OP=t\displaystyle \overline{OP}=t, AP=t2+1\displaystyle \overline{AP}=\sqrt{t^2+1} 이므로, 각 θ=OPA\displaystyle \theta=\angle OPA의 코사인값은cosθ=OPAP=tt2+1\displaystyle \cos\theta=\frac{\overline{OP}}{\overline{AP}}=\frac t{\sqrt{t^2+1}}이다. 따라서 u=t2+1\displaystyle u=t^2+1, du=2tdt\displaystyle du=2t\,dt 의 치환을 이용하면01cosθdt=01tt2+1dt=12121udu=12[2u]12=21\displaystyle \int_0^1\cos\theta\,dt=\int_0^1\frac{t}{\sqrt{t^2+1}}\,dt=\frac12\int_1^2\frac1{\sqrt u}\,du=\frac12\Biggl[2\sqrt u\Biggr]_1^2=\sqrt2-1.

[문항3]문제1의 결과를 이용하면, 힘 F=(F1,F2)\displaystyle \vec F=(F_1,F_2) 의 크기는F=2{f(t)1}=2(t2+11)\displaystyle |\vec F|=2\{f(t)-1\}=2(\sqrt{t^2+1}-1)이고, 그 방향은 벡터 PA=(0,1)(t,0)=(t,1)\displaystyle \overrightarrow{PA}=(0,1)-(t,0)=(-t,1) 과 같다. 삼각형의 비례를 이용하면 (그림 참조)F:AP=F1:OP=F2:OA\displaystyle |\vec F|:\overline{AP}=|F_1|:\overline{OP}=F_2:\overline{OA},2(t2+11):t2+1=F1:t=F2:1\displaystyle 2(\sqrt{t^2+1}-1):\sqrt{t^2+1}=-F_1:t=F_2:1이므로, 벡터 F\displaystyle \vec Fx\displaystyle x성분 F1\displaystyle F_1, y\displaystyle y성분 F2\displaystyle F_2는 각각F1=t2(t2+11)t2+1=2t+2tt2+1,F2=12(t2+11)t2+1=22t2+1.\displaystyle \begin{aligned}F_1&=-\frac{t\cdot2(\sqrt{t^2+1}-1)}{\sqrt{t^2+1}}=-2t+\frac{2t}{\sqrt{t^2+1}},\\F_2&=\frac{1\cdot2(\sqrt{t^2+1}-1)}{\sqrt{t^2+1}}=2-\frac2{\sqrt{t^2+1}}.\end{aligned}

힘 벡터 F의 x성분과 y성분을 나타낸 직각삼각형

[문항1] 채점 시 두 개의 질문에 대한 배점은 50:50으로 한다.

[문항2] 채점 시 두 개의 질문에 대한 배점은 50:50으로 한다.

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