〈그림 1〉과 같이 각각 점 O1, O2, O3을 중심으로 하고 반지름의 길이가 1, 2, 4인 세 원 C1, C2, C3이 서로 외접하고 있다.
〈그림 1〉
모든 자연수 n에 대하여 점 On을 중심으로 하고 반지름의 길이가 rn인 원 Cn이 다음 세 조건 (가), (나), (다)를 만족시킨다.
(가)〈그림 2〉와 같이 세 원 Cn, Cn+1, Cn+2는 서로 외접한다.
(나)수열 {rn}은 첫째항이 1이고 공비가 2인 등비수열이다.
(다)〈그림 2〉와 같이 삼각형 OnOn+1On+2와 삼각형 On+1On+2On+3은 선분 On+1On+2만을 공유한다.
〈그림 2〉
[문제 2-1]〈그림 1〉의 삼각형 O1O2O3에서 cos(∠O1O2O3)의 값을 구하시오. [20점]
[문제 2-2]원 Cn의 넓이를 Sn이라고 하자. n=1∑Nlog2πSn>100을 만족하는 자연수 N의 최솟값을 구하시오. [40점]
[문제 2-3]모든 자연수 n에 대하여 직선 OnOn+1과 직선 On+2On+3이 서로 평행함을 보이시오. [40점]
해설강의 준비중
덕성여대 2022학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/duksung/2022su/jayeon_2
+10점 · (1)과 같이 세 선분 O1O2, O2O3, O1O3의 길이들을 구한 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-B(5점): 시도는 하였지만 (1)과 같은 완벽한 답을 얻지 못하였다.
-A(10점): 외접조건을 이용하여 (1)과 같은 답을 얻었다.
[문제 2-1]r1=1, r2=2, r3=4이고 세 원 C1, C2, C3가 제시문 〈그림 1〉과 같이 서로 외접하므로O1O2O2O3O1O3=r1+r2=1+2=3,=r2+r3=2+4=6,=r1+r3=1+4=5.(1)
+10점 · 코사인법칙을 이용하여 (2)와 같이 각 O1O2O3의 코사인 값을 구한 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-B(5점): 코사인법칙을 아는 정도이거나, 혹은 코사인법칙을 이용하려 했으나 완벽한 답을 얻지 못하였다.
-A(10점): 코사인법칙을 이용하여 (2)과 같은 답을 얻었다.
삼각형 O1O2O3에 코사인법칙을 적용하면cos(∠O1O2O3)=2⋅O1O2⋅O2O3O1O22+O2O32−O1O32=2⋅3⋅632+62−52=2⋅3⋅620=95.(2)
+10점 · 제시문의 조건 (나)로부터 수열 {rn}의 일반항을 알아내고, (3)과 같이 원 Cn의 넓이 Sn을 구한 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-B(5점): {rn}의 일반항만 알아내었다.
-A(10점): Sn의 일반항을 알아내었다.
[문제 2-2]조건 (나)에 의하여 수열 {rn}이 첫째항 1, 공비 2인 등비수열이므로rn=1⋅2n−1=2n−1이다. 따라서 원 Cn의 넓이 Sn은Sn=π(2n−1)2=22n−2π(3)
+10점 · 로그의 정의를 이용하여 (4)와 같이 log2πSn을 구한 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-B(5점): 로그를 이용하려 하였지만 (4)와 같은 답을 얻지 못하였다.
-A(10점): 로그를 이용하여 (4)의 답을 얻었다.
이고, 로그의 정의에 의하여log2πSn=log222n−2=2n−2.(4)
+15점 · (5)와 같이 n=1∑Nlog2πSn을 N으로 표현한 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-C(5점): ∑의 의미를 알지만, 이를 이용한 계산을 할 수 없다.
-B(10점): ∑의 의미를 알고 계산을 하였지만 정확한 답을 얻지 못하였다.
-A(15점): (5)와 같이 정확한 답을 얻었다.
(5)에 의하여Correction. 이곳의 “(5)”는 앞에서 구한 로그값인 “(4)”의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.n=1∑Nlog2πSn=n=1∑N(2n−2)=2n=1∑Nn−n=1∑N2=2⋅21N(N+1)−2N=N(N−1).(5)
+5점 · (5)를 이용하여 N의 최솟값을 알아낸 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-A(5점): 완벽한 답을 하였다.
N(N−1)이 자연수 N에 대한 증가함수이고 10(10−1)=90<100, 11(11−1)=110>100이므로, 구하는 N의 최솟값은 11이다.
[문제 2-3]
〈그림 3〉
+10점 · (6)과 같이 삼각형 OnOn+1On+2와 삼각형 On+1On+2On+3의 각 변의 길이를 알아낸 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-B(5점): 시도는 하였지만 완벽한 답을 얻지 못하였다. 혹은 일반적인 n에 대해서가 아니라, n이 1 혹은 2인 일부 경우들에 대한 답만을 얻었다.
-A(10점): 외접조건을 이용하여 (6) 혹은 (9)와 같은 답을 얻었다.
제시문의 조건 (가), (나)에 의하여OnOn+1OnOn+2On+1On+2On+1On+3On+2On+3=rn+rn+1=2n−1+2n,=rn+rn+2=2n−1+2n+1,=rn+1+rn+2=2n+2n+1,=rn+1+rn+3=2n+2n+2,=rn+2+rn+3=2n+1+2n+2(6)
+15점 · 코사인법칙을 이용하여 (7)과 같이 각 OnOn+1On+2와 각 On+1On+2On+3의 코사인 값이 같음을 보인 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-C(5점): 코사인법칙을 알고, 이를 이용하려 시도만 하였다. 혹은 일반적인 n에 대해서가 아니라, n이 1 혹은 2인 일부 경우들에 대한 답만을 얻었다.
-B(10점): 코사인법칙을 알고 일부 내각의 코사인 값을 구하였다.
-A(15점): 대응하는 내각들의 코사인 값이 같음을 보였다.
+5점 · (8)과 같이 각 OnOn+1On+2와 각 On+1On+2On+3의 크기가 같음을 보인 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. 혹은 일반적인 n에 대해서가 아니라, n이 1 혹은 2인 일부 경우들에 대한 답만을 얻었다.
-A(5점): 0∘와 180∘ 사이의 각들, 즉 삼각형의 내각들은 코사인 값이 같을 경우 각의 크기도 같다는 점을 알고, 이를 이용하여 대응하는 각들의 크기가 같음을 보였다.
을 얻는다. 각 OnOn+1On+2와 각 On+1On+2On+3이 삼각형의 내각들이므로0<∠OnOn+1On+2<π,0<∠On+1On+2On+3<π이고, 따라서 (7)에 의하여∠OnOn+1On+2=∠On+1On+2On+3.(8)
+10점 · 두 엇각 OnOn+1On+2와 On+1On+2On+3이 같다는 사실을 이용하여 두 직선 OnOn+1과 On+2On+3이 서로 평행함을 보인 경우:
-E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다.
-B(5점): 엇각 등을 이용하여 두 직선이 평행함을 보이려 하였으나, 요구하는 답을 하지 못하였다. 혹은 일반적인 n에 대해서가 아니라, n이 1 혹은 2인 일부 경우들에 대한 답만을 얻었다.
-A(10점): 엇각들의 크기가 같으면 대응하는 두 직선이 평행함을 이용하여, 문제가 요구하는 답을 하였다.
〈그림 3〉에서와 같이 두 엇각 OnOn+1On+2, On+1On+2On+3의 크기가 같으므로, 직선 OnOn+1과 직선 On+2On+3은 서로 평행하다.
채점위원 참고: 본 예시답안에서는 예시답안 2)의 〈그림 4〉의 각 β가 엇각임을 이용하고 있습니다. 하지만 〈그림 4〉의 각 α 혹은 각 γ가 엇각임을 이용하는 답안도 비슷한 기준으로 채점할 수 있습니다.