수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
[15점] · 1-1

1-1.[풀이]C:x2+y2=1\displaystyle \mathrm{C}:x^2+y^2=1y=ax+1\displaystyle y=ax+1의 교점은x2+(ax+1)2=1\displaystyle x^2+(ax+1)^2=1, (a2+1)x2+2ax=0\displaystyle (a^2+1)x^2+2ax=0x0\displaystyle x\ne0의 해는, x=2aa2+1\displaystyle x=-\frac{2a}{a^2+1}, y=a2+1a2+1\displaystyle y=\frac{-a^2+1}{a^2+1}

따라서 R(2aa2+1,a2+1a2+1)\displaystyle \mathrm{R}\left(-\frac{2a}{a^2+1},\frac{-a^2+1}{a^2+1}\right)이 되고, 점 R\displaystyle \mathrm{R}에서 접하는 접선의 방정식은 제시문 <가>를 이용하여2aa2+1x+a2+1a2+1y=1\displaystyle -\frac{2a}{a^2+1}x+\frac{-a^2+1}{a^2+1}y=1, 2ax+(a2+1)y=a2+1\displaystyle -2ax+(-a^2+1)y=a^2+1

직선 y=ax+1\displaystyle y=ax+1이 직선 y=2\displaystyle y=-2와 만나는 점 y=2\displaystyle y=-2이면, x=3a\displaystyle x=-\frac3a이므로 (3a,2)\displaystyle \left(-\frac3a,-2\right)접선 2ax+(a2+1)y=a2+1\displaystyle -2ax+(-a^2+1)y=a^2+1이 직선 y=2\displaystyle y=-2와 만나는 점 y=2\displaystyle y=-2이면, x=a232a\displaystyle x=\frac{a^2-3}{2a}이므로 (a232a,2)\displaystyle \left(\frac{a^2-3}{2a},-2\right)이 때, 제시문 <나>를 이용하면,a232a+3a=a2+32a=12(a+3a)a3a=3\displaystyle \left|\frac{a^2-3}{2a}+\frac3a\right|=\frac{a^2+3}{2a}=\frac12\left(a+\frac3a\right)\ge\sqrt{a\cdot\frac3a}=\sqrt3이 때, 등호가 성립하는 것은 a=3a\displaystyle a=\frac3a, a=3\displaystyle a=\sqrt3따라서 a=3\displaystyle a=\sqrt3일 때, 최솟값은 3\displaystyle \sqrt3이다.

직선 y=ax+1과 원의 교점 R에서의 접선 및 y=-2와의 교점
[10점] · 1-2

1-2.[풀이]f(x)=x2+2mx\displaystyle f(x)=x^2+2mx에 대해, 점 P(cosα,sinα)\displaystyle \mathrm{P}(\cos\alpha,\sin\alpha)가 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 위에 있으므로, sinα=cos2α+2mcosα\displaystyle \sin\alpha=\cos^2\alpha+2m\cos\alpha따라서, m=sinαcos2α2cosα=12(tanαcosα)\displaystyle m=\frac{\sin\alpha-\cos^2\alpha}{2\cos\alpha}=\frac12(\tan\alpha-\cos\alpha)

[20점] · 1-3

1-3.[풀이]S1=1212(π2α+π2+β)=12(πα+β)\displaystyle S_1=\frac12\cdot1^2\left(\frac\pi2-\alpha+\frac\pi2+\beta\right)=\frac12(\pi-\alpha+\beta)

선분 OP:y=xtanα\displaystyle \mathrm{OP}:y=x\tan\alpha와 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)로 둘러싸인 부분의 면적 S2\displaystyle S_2는 제시문 <나>를 이용하여S2=0cosα{xtanαf(x)}dx=0cosα(x2+xcosα)dx=16cos3α\displaystyle S_2=\int_0^{\cos\alpha}\{x\tan\alpha-f(x)\}dx=\int_0^{\cos\alpha}(-x^2+x\cos\alpha)dx=\frac16\cos^3\alpha

Q(cosβ,sinβ)\displaystyle \mathrm{Q}(-\cos\beta,-\sin\beta)에서 선분 OQ:y=xtanβ\displaystyle \mathrm{OQ}:y=x\tan\beta와 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)로 둘러싸인 부분의 면적 S3\displaystyle S_3는 제시문 <나>를 이용하여S3=cosβ0{xtanβf(x)}dx=cosβ0(x2xcosβ)dx=16cos3β\displaystyle S_3=\int_{-\cos\beta}^0\{x\tan\beta-f(x)\}dx=\int_{-\cos\beta}^0(-x^2-x\cos\beta)dx=\frac16\cos^3\betaS=S1+S2+S3=12(πα+β)+16(cos3α+cos3β).\displaystyle S=S_1+S_2+S_3=\frac12(\pi-\alpha+\beta)+\frac16(\cos^3\alpha+\cos^3\beta).

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