수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

오류 제보

문제

[문2]

그림과 같이 OA1‾=1\displaystyle \overline{\mathrm{OA}_1}=1, ∠A1OA2=30∘\displaystyle \angle\mathrm{A}_1\mathrm{OA}_2=30^\circ, ∠OA1A2=15∘\displaystyle \angle\mathrm{OA}_1\mathrm{A}_2=15^\circ인 삼각형 OA1A2\displaystyle \mathrm{OA}_1\mathrm{A}_2가 있다. 점 A3\displaystyle \mathrm{A}_3은 다음 조건 (가), (나)를 만족시킨다.

(가) ∠A2OA3=15∘\displaystyle \angle\mathrm{A}_2\mathrm{OA}_3=15^\circ, ∠OA2A3=30∘\displaystyle \angle\mathrm{OA}_2\mathrm{A}_3=30^\circ.

(나) 삼각형 OA1A2\displaystyle \mathrm{OA}_1\mathrm{A}_2와 삼각형 OA2A3\displaystyle \mathrm{OA}_2\mathrm{A}_3은 선분 OA2\displaystyle \mathrm{OA}_2를 제외하고 겹치지 않는다.

모든 자연수 n\displaystyle n에 대하여 점 An\displaystyle \mathrm{A}_n은 다음 조건 (다), (라)를 만족시킨다.

(다) ∠An+1OAn+2=∠OAnAn+1\displaystyle \angle\mathrm{A}_{n+1}\mathrm{OA}_{n+2}=\angle\mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}, ∠OAn+1An+2=∠AnOAn+1\displaystyle \angle\mathrm{OA}_{n+1}\mathrm{A}_{n+2}=\angle\mathrm{A}_n\mathrm{OA}_{n+1}.

(라) 삼각형 OAnAn+1\displaystyle \mathrm{OA}_nA_{n+1}과 삼각형 OAn+1An+2\displaystyle \mathrm{OA}_{n+1}\mathrm{A}_{n+2}는 선분 OAn+1\displaystyle \mathrm{OA}_{n+1}을 제외하고 겹치지 않는다.

단, sin⁡15∘=14\displaystyle \sin15^\circ=\frac14로 계산한다.

삼각형 OA1A2와 OA2A3의 각과 초기 길이

[문제 2-1] 선분 OA2\displaystyle \mathrm{OA}_2와 선분 OA3\displaystyle \mathrm{OA}_3의 길이를 각각 구하시오. [20점]

[문제 2-2] 자연수 n\displaystyle n에 대하여 선분 OAn\displaystyle \mathrm{OA}_n의 길이를 an\displaystyle a_n이라 하자. an\displaystyle a_n과 an+1\displaystyle a_{n+1} 사이의 관계식을 n\displaystyle n이 홀수인 경우와 짝수인 경우로 나누어 구하여 수열 a1,a3,a5,⋯\displaystyle a_1,a_3,a_5,\cdots와 수열 a2,a4,a6,⋯\displaystyle a_2,a_4,a_6,\cdots이 등비수열임을 보이고, 두 등비수열의 첫째항과 공비를 각각 구하시오. [40점]

[문제 2-3] 자연수 n\displaystyle n에 대하여 삼각형 OAnAn+1\displaystyle \mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}의 넓이를 Tn\displaystyle T_n이라 하자. [문제 2-2]의 결과를 이용하여 ∑n=12Nlog⁡2Tn\displaystyle \sum_{n=1}^{2N}\log_2 T_n을 구하시오. 단, N\displaystyle N은 자연수이다. [40점]

해설강의 준비중

[문제 2-1]

+5점 · 사인법칙을 이용하여 (1)과 같은 관계를 알아낸 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - A(5점): 해당하는 결과를 얻었다.

∠OA2A1=180∘−30∘−15∘=135∘\displaystyle \angle\mathrm{OA}_2\mathrm{A}_1=180^\circ-30^\circ-15^\circ=135^\circ이므로, 삼각형 OA1A2\displaystyle \mathrm{OA}_1\mathrm{A}_2에 사인법칙을 적용하면OA2‾sin⁡15∘=OA1‾sin⁡135∘.(1)\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{OA}_2}}{\sin15^\circ}=\frac{\overline{\mathrm{OA}_1}}{\sin135^\circ}.\qquad(1)

+5점 · (2)와 같이 선분 OA2\displaystyle \mathrm{OA}_2의 길이를 구한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - A(5점): 해당하는 결과를 얻었다.

sin⁡135∘=sin⁡(180∘−45∘)=sin⁡45∘=12\displaystyle \sin135^\circ=\sin(180^\circ-45^\circ)=\sin45^\circ=\frac1{\sqrt2}이므로, (1)에 의하여OA2‾=1412⋅1=24.(2)\displaystyle \overline{\mathrm{OA}_2}=\frac{\frac14}{\frac1{\sqrt2}}\cdot1=\frac{\sqrt2}4.\qquad(2)

+5점 · 사인법칙을 이용하여 (3)과 같은 관계를 알아낸 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - A(5점): 해당하는 결과를 얻었다.

삼각형 OA2A3\displaystyle \mathrm{OA}_2\mathrm{A}_3에 사인법칙을 적용하면OA3‾sin⁡30∘=OA2‾sin⁡135∘(3)\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{OA}_3}}{\sin30^\circ}=\frac{\overline{\mathrm{OA}_2}}{\sin135^\circ}\qquad(3)

+5점 · (4)와 같이 선분 OA3\displaystyle \mathrm{OA}_3의 길이를 구한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - A(5점): 해당하는 결과를 얻었다.

이므로, (2)에 의하여OA3‾=1212⋅24=14.(4)\displaystyle \overline{\mathrm{OA}_3}=\frac{\frac12}{\frac1{\sqrt2}}\cdot\frac{\sqrt2}4=\frac14.\qquad(4)

[문제 2-2]

+15점 · 삼각형의 각들의 관계를 파악하고 이를 이용하여 (16)과 같이 사인법칙을 적용한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - B(8점): n\displaystyle n이 홀수 혹은 짝수인 경우들 중 하나만 답을 얻었다. - A(15점): n\displaystyle n이 홀수, 짝수인 경우들 모두 답을 얻었다.

제시문의 조건 (다), (라)에 의하여, 자연수 n\displaystyle n에 대하여∠An+2OAn+3=∠OAn+1An+2=∠AnOAn+1,∠OAn+2An+3=∠An+1OAn+2=∠OAnAn+1\displaystyle \begin{aligned}\angle\mathrm{A}_{n+2}\mathrm{OA}_{n+3}&=\angle\mathrm{OA}_{n+1}\mathrm{A}_{n+2}=\angle\mathrm{A}_n\mathrm{OA}_{n+1},\\\angle\mathrm{OA}_{n+2}\mathrm{A}_{n+3}&=\angle\mathrm{A}_{n+1}\mathrm{OA}_{n+2}=\angle\mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}\end{aligned}이므로, 조건 (가), (나)에 의하여 <그림 5>과 같이∠AnOAn+1=30∘, ∠OAnAn+1=15∘,n:\displaystyle \angle\mathrm{A}_n\mathrm{OA}_{n+1}=30^\circ,\ \angle\mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}=15^\circ,\quad n:홀수,∠AnOAn+1=15∘, ∠OAnAn+1=30∘,n:\displaystyle \angle\mathrm{A}_n\mathrm{OA}_{n+1}=15^\circ,\ \angle\mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}=30^\circ,\quad n:짝수. (15)\displaystyle (15)

n이 홀수와 짝수일 때 이어지는 삼각형의 각
<그림 5>

따라서 삼각형 OAnAn+1\displaystyle \mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}에 사인법칙을 적용하면an+1sin⁡15∘=ansin⁡135∘,n:\displaystyle \frac{a_{n+1}}{\sin15^\circ}=\frac{a_n}{\sin135^\circ},\quad n:홀수,an+1sin⁡30∘=ansin⁡135∘,n:\displaystyle \frac{a_{n+1}}{\sin30^\circ}=\frac{a_n}{\sin135^\circ},\quad n:짝수 (16)\displaystyle (16)

+10점 · (17)과 같이 an\displaystyle a_n과 an+1\displaystyle a_{n+1}의 관계를 표현한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - B(5점): n\displaystyle n이 홀수 혹은 짝수인 경우들 중 하나만 답을 얻었다. - A(10점): n\displaystyle n이 홀수, 짝수인 경우들 모두 답을 얻었다.

이므로,an+1=1412⋅an=24an,n:\displaystyle a_{n+1}=\frac{\frac14}{\frac1{\sqrt2}}\cdot a_n=\frac{\sqrt2}4a_n,\quad n:홀수,an+1=1212⋅an=22an,n:\displaystyle a_{n+1}=\frac{\frac12}{\frac1{\sqrt2}}\cdot a_n=\frac{\sqrt2}2a_n,\quad n:짝수. (17)\displaystyle (17)

+5점 · (18)과 같이 제시문의 조건들을 이용하여 an\displaystyle a_n과 an+2\displaystyle a_{n+2}의 관계를 얻은 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - A(5점): 해당하는 결과를 얻었다.

(17) 의하여an+2=24⋅22⋅an=14an,n:\displaystyle a_{n+2}=\frac{\sqrt2}4\cdot\frac{\sqrt2}2\cdot a_n=\frac14a_n,\quad n:자연수 (18)\displaystyle (18)

+10점 · (19), (20)과 같이 등비수열들의 첫째항, 공비를 구한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - B(5점): n\displaystyle n이 홀수 혹은 짝수인 경우들 중 하나만 답을 얻었다. - A(10점): n\displaystyle n이 홀수, 짝수인 경우들 모두 답을 얻었다.

이고, a1=OA1‾=1\displaystyle a_1=\overline{\mathrm{OA}_1}=1이므로,수열 a1,a3,a5,⋯\displaystyle a_1,a_3,a_5,\cdots는 첫째항 1\displaystyle 1, 공비 14\displaystyle \frac14인 등비수열. (19)\displaystyle (19)(2)에 의하여 a2=OA2‾=24\displaystyle a_2=\overline{\mathrm{OA}_2}=\frac{\sqrt2}4이므로, (17)에 의하여수열 a2,a4,a6,⋯\displaystyle a_2,a_4,a_6,\cdots는 첫째항 24\displaystyle \frac{\sqrt2}4, 공비 14\displaystyle \frac14인 등비수열. (20)\displaystyle (20)

[문제 2-3]

+15점 · (39)와 같이 Tn\displaystyle T_n을 n\displaystyle n으로 표현한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - B(8점): n\displaystyle n이 홀수 혹은 짝수인 경우들 중 하나만 답을 얻었다. - A(15점): n\displaystyle n이 홀수, 짝수인 경우들 모두 답을 얻었다.

자연수 n\displaystyle n에 대하여 삼각형 OAnAn+1\displaystyle \mathrm{OA}_n\mathrm{A}_{n+1}의 넓이 Tn\displaystyle T_n은Tn=12⋅OAn‾⋅OAn+1‾⋅sin⁡(∠AnOAn+1)=12an⋅an+1⋅sin⁡(∠AnOAn+1)\displaystyle T_n=\frac12\cdot\overline{\mathrm{OA}_n}\cdot\overline{\mathrm{OA}_{n+1}}\cdot\sin(\angle\mathrm{A}_n\mathrm{OA}_{n+1})=\frac12a_n\cdot a_{n+1}\cdot\sin(\angle\mathrm{A}_n\mathrm{OA}_{n+1})이므로, (15), (17)에 의하여Tn=12⋅an⋅24an⋅sin⁡30∘=216an2,n:\displaystyle T_n=\frac12\cdot a_n\cdot\frac{\sqrt2}4a_n\cdot\sin30^\circ=\frac{\sqrt2}{16}a_n^2,\quad n:홀수,Tn=12⋅an⋅22an⋅sin⁡15∘=24⋅14an2=216an2,n:\displaystyle T_n=\frac12\cdot a_n\cdot\frac{\sqrt2}2a_n\cdot\sin15^\circ=\frac{\sqrt2}4\cdot\frac14a_n^2=\frac{\sqrt2}{16}a_n^2,\quad n:짝수.[문제 2-2]의 결과인 (19), (20)에 의하여, 자연수 n\displaystyle n에 대하여a2n−1=1⋅(14)n−1,a2n=24⋅(14)n−1\displaystyle a_{2n-1}=1\cdot\left(\frac14\right)^{n-1},\quad a_{2n}=\frac{\sqrt2}4\cdot\left(\frac14\right)^{n-1}이므로, 자연수 n\displaystyle n에 대하여T2n−1=216⋅{(14)n−1}2=216⋅(116)n−1,T2n=216⋅{24(14)n−1}2=2128⋅(116)n−1.(39)\displaystyle \begin{aligned}T_{2n-1}&=\frac{\sqrt2}{16}\cdot\left\{\left(\frac14\right)^{n-1}\right\}^2=\frac{\sqrt2}{16}\cdot\left(\frac1{16}\right)^{n-1},\\T_{2n}&=\frac{\sqrt2}{16}\cdot\left\{\frac{\sqrt2}4\left(\frac14\right)^{n-1}\right\}^2=\frac{\sqrt2}{128}\cdot\left(\frac1{16}\right)^{n-1}.\end{aligned}\qquad(39)

+15점 · (40)과 같이 log⁡2Tn\displaystyle \log_2 T_n을 n\displaystyle n으로 표현한 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - B(8점): n\displaystyle n이 홀수 혹은 짝수인 경우들 중 하나만 답을 얻었다. - A(15점): n\displaystyle n이 홀수, 짝수인 경우들 모두 답을 얻었다.

(39)에 의하여 자연수 n\displaystyle n에 대하여log⁡2T2n−1=log⁡2{216(116)n−1}=−4n+12,log⁡2T2n=log⁡2{2128(116)n−1}=−4n−52.(40)\displaystyle \begin{aligned}\log_2 T_{2n-1}&=\log_2\left\{\frac{\sqrt2}{16}\left(\frac1{16}\right)^{n-1}\right\}=-4n+\frac12,\\\log_2 T_{2n}&=\log_2\left\{\frac{\sqrt2}{128}\left(\frac1{16}\right)^{n-1}\right\}=-4n-\frac52.\end{aligned}\qquad(40)

+10점 · (41)를 얻은 경우 - E(0점): 문제의 의미를 알지 못한다. - B(5점): (41)의 첫 번째 등식에 해당하는 결과까지만 얻었다. - A(10점): (41)의 최종 결과를 얻었다.

따라서∑n=12Nlog⁡2Tn=∑n=1Nlog⁡2T2n−1+∑n=1Nlog⁡2T2n=∑n=1N(−4n+12)+∑n=1N(−4n−52)=∑n=1N(−8n−2)=−8⋅12N(N+1)−2N=−4N2−6N,N:\displaystyle \begin{aligned}\sum_{n=1}^{2N}\log_2 T_n&=\sum_{n=1}^N\log_2 T_{2n-1}+\sum_{n=1}^N\log_2 T_{2n}\\&=\sum_{n=1}^N\left(-4n+\frac12\right)+\sum_{n=1}^N\left(-4n-\frac52\right)=\sum_{n=1}^N(-8n-2)\\&=-8\cdot\frac12N(N+1)-2N=-4N^2-6N,\end{aligned}\quad N:자연수. (41)\displaystyle (41)

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.