수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 (오전) 1번

문제

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해설강의 준비중
직선 y=mx와 π/6의 교각을 이루는 두 직선

위의 그림에서 tanα=m\displaystyle \tan\alpha=m, tanβ1=a\displaystyle \tan\beta_1=a, tanβ2=b\displaystyle \tan\beta_2=b이다.탄젠트 함수의 덧셈공식에 의하여 다음 관계식을 얻는다.a=tanβ1=tan(α+π6)=tanα+tanπ61tanαtanπ6=m+131m13=3m+13m\displaystyle a=\tan\beta_1=\tan\left(\alpha+\frac\pi6\right)=\frac{\tan\alpha+\tan\frac\pi6}{1-\tan\alpha\tan\frac\pi6}=\frac{m+\frac1{\sqrt3}}{1-m\frac1{\sqrt3}}=\frac{\sqrt3m+1}{\sqrt3-m},b=tanβ2=tan(απ6)=tanαtanπ61+tanαtanπ6=m131+m13=3m13+m\displaystyle b=\tan\beta_2=\tan\left(\alpha-\frac\pi6\right)=\frac{\tan\alpha-\tan\frac\pi6}{1+\tan\alpha\tan\frac\pi6}=\frac{m-\frac1{\sqrt3}}{1+m\frac1{\sqrt3}}=\frac{\sqrt3m-1}{\sqrt3+m}

+20점 · 제한조건하에서 부등식을 만족하는 m\displaystyle m의 개수를 구했는가?

(1) a+b=3m+13m+3m13+m=(3m+1)(3+m)+(3m1)(3m)(3m)(3+m)=3m+3+3m2+m+3m33m2+m3m2=8m3m20\displaystyle \begin{aligned}a+b&=\frac{\sqrt3m+1}{\sqrt3-m}+\frac{\sqrt3m-1}{\sqrt3+m}=\frac{(\sqrt3m+1)(\sqrt3+m)+(\sqrt3m-1)(\sqrt3-m)}{(\sqrt3-m)(\sqrt3+m)}\\&=\frac{3m+\sqrt3+\sqrt3m^2+m+3m-\sqrt3-\sqrt3m^2+m}{3-m^2}\\&=\frac{8m}{3-m^2}\ge0\end{aligned}따라서, m23\displaystyle m^2\ne3m(m23)0\displaystyle m(m^2-3)\le0이고, 이 부등식을 만족시키는 m\displaystyle m의 범위를 구하면m<3,0m<3\displaystyle m<-\sqrt3,\quad0\le m<\sqrt3 ------------------- ㉠이다. ㉠과 mN\displaystyle |m|\le N을 만족시키는 m\displaystyle m의 개수 f(N)\displaystyle f(N)(N1)+2=N+1\displaystyle (N-1)+2=N+1이다.

+20점 · 수열의 극한값을 정확히 구했는가?

그러므로, 극한값은 limNf(N)2N+1=limNN+12N+1=12\displaystyle \lim_{N\to\infty}\frac{f(N)}{2N+1}=\lim_{N\to\infty}\frac{N+1}{2N+1}=\frac12이다.

+15점 · 탄젠트 함수의 덧셈정리를 이용하여 ab\displaystyle ab의 값을 구했는가?

(2) ab=3m+13m3m13+m=3m213m2k>0\displaystyle ab=\frac{\sqrt3m+1}{\sqrt3-m}\cdot\frac{\sqrt3m-1}{\sqrt3+m}=\frac{3m^2-1}{3-m^2}\ge k>0

+15점 · 주어진 부등식의 해를 구했는가?

m2\displaystyle |m|\ge2인 경우3m21k(3m2)  (k+3)m2(3k+1)0  m23k+1k+3=3(k+3)8k+3=38k+3  m<3\displaystyle \begin{aligned}3m^2-1\le k(3-m^2)&\ \Longrightarrow\ (k+3)m^2-(3k+1)\le0\\&\ \Longrightarrow\ m^2\le\frac{3k+1}{k+3}=\frac{3(k+3)-8}{k+3}=3-\frac8{k+3}\\&\ \Longrightarrow\ |m|<\sqrt3\end{aligned}m2\displaystyle |m|\ge2m<3\displaystyle |m|<\sqrt3을 동시에 만족시키는 정수 m\displaystyle m은 없다.m1\displaystyle |m|\le1인 경우3m21k(3m2)  (k+3)m23k+1  m23k+1k+3=38k+3  m3k+1k+3 또는 m3k+1k+3\displaystyle \begin{aligned}3m^2-1\ge k(3-m^2)&\ \Longrightarrow\ (k+3)m^2\ge3k+1\\&\ \Longrightarrow\ m^2\ge\frac{3k+1}{k+3}=3-\frac8{k+3}\\&\ \Longrightarrow\ m\le-\sqrt{\frac{3k+1}{k+3}}\ \text{또는}\ m\ge\sqrt{\frac{3k+1}{k+3}}\end{aligned}k=1\displaystyle k=1이면, m1\displaystyle m\ge1 또는 m1\displaystyle m\le-1이다.m=1,1\displaystyle m=1,-1이다.k2\displaystyle k\ge2이면, m1\displaystyle |m|\le1m23k+1k+3\displaystyle m^2\ge\frac{3k+1}{k+3}을 만족시키는 m\displaystyle m은 없다.

+10점 · 두 직선사이의 교각의 탄젠트 값을 정확히 구했는가?

(3)

세 직선 y=mx, y=x, y=cx의 교각

tanπ3=tan(αβ)=tanαtanβ1+tanαtanβ=mc1+mc=3\displaystyle \tan\frac\pi3=\tan(\alpha-\beta)=\frac{\tan\alpha-\tan\beta}{1+\tan\alpha\tan\beta}=\frac{m-c}{1+mc}=\sqrt3이므로, mc=3(1+mc)\displaystyle m-c=\sqrt3(1+mc)이다.

+20점 · c\displaystyle cm\displaystyle m으로 정확히 나타내었는가?

따라서 c=m33m+1\displaystyle c=\frac{m-\sqrt3}{\sqrt3m+1}이다.

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