위의 그림에서 tan α = m \displaystyle \tan\alpha=m tan α = m , tan β 1 = a \displaystyle \tan\beta_1=a tan β 1 = a , tan β 2 = b \displaystyle \tan\beta_2=b tan β 2 = b 이다. 탄젠트 함수의 덧셈공식에 의하여 다음 관계식을 얻는다. ▶ a = tan β 1 = tan ( α + π 6 ) = tan α + tan π 6 1 − tan α tan π 6 = m + 1 3 1 − m 1 3 = 3 m + 1 3 − m \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} a = tan β 1 = tan ( α + 6 π ) = 1 − tan α tan 6 π tan α + tan 6 π = 1 − m 3 1 m + 3 1 = 3 − m 3 m + 1 , ▶ b = tan β 2 = tan ( α − π 6 ) = tan α − tan π 6 1 + tan α tan π 6 = m − 1 3 1 + m 1 3 = 3 m − 1 3 + 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} b = tan β 2 = tan ( α − 6 π ) = 1 + tan α tan 6 π tan α − tan 6 π = 1 + m 3 1 m − 3 1 = 3 + m 3 m − 1
+20점 · 제한조건하에서 부등식을 만족하는 m \displaystyle m m 의 개수를 구했는가? (1) a + b = 3 m + 1 3 − m + 3 m − 1 3 + m = ( 3 m + 1 ) ( 3 + m ) + ( 3 m − 1 ) ( 3 − m ) ( 3 − m ) ( 3 + m ) = 3 m + 3 + 3 m 2 + m + 3 m − 3 − 3 m 2 + m 3 − m 2 = 8 m 3 − m 2 ≥ 0 \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} a + b = 3 − m 3 m + 1 + 3 + m 3 m − 1 = ( 3 − m ) ( 3 + m ) ( 3 m + 1 ) ( 3 + m ) + ( 3 m − 1 ) ( 3 − m ) = 3 − m 2 3 m + 3 + 3 m 2 + m + 3 m − 3 − 3 m 2 + m = 3 − m 2 8 m ≥ 0 따라서, m 2 ≠ 3 \displaystyle m^2\ne3 m 2 = 3 과 m ( m 2 − 3 ) ≤ 0 \displaystyle m(m^2-3)\le0 m ( m 2 − 3 ) ≤ 0 이고, 이 부등식을 만족시키는 m \displaystyle m m 의 범위를 구하면 m < − 3 , 0 ≤ m < 3 \displaystyle m<-\sqrt3,\quad0\le m<\sqrt3 m < − 3 , 0 ≤ m < 3 ------------------- ㉠이다. ㉠과 ∣ m ∣ ≤ N \displaystyle |m|\le N ∣ m ∣ ≤ N 을 만족시키는 m \displaystyle m m 의 개수 f ( N ) \displaystyle f(N) f ( N ) 은 ( N − 1 ) + 2 = N + 1 \displaystyle (N-1)+2=N+1 ( N − 1 ) + 2 = N + 1 이다.
+20점 · 수열의 극한값을 정확히 구했는가? 그러므로, 극한값은 lim N → ∞ f ( N ) 2 N + 1 = lim N → ∞ N + 1 2 N + 1 = 1 2 \displaystyle \lim_{N\to\infty}\frac{f(N)}{2N+1}=\lim_{N\to\infty}\frac{N+1}{2N+1}=\frac12 N → ∞ lim 2 N + 1 f ( N ) = N → ∞ lim 2 N + 1 N + 1 = 2 1 이다.
+15점 · 탄젠트 함수의 덧셈정리를 이용하여 a b \displaystyle ab ab 의 값을 구했는가? (2) a b = 3 m + 1 3 − m ⋅ 3 m − 1 3 + m = 3 m 2 − 1 3 − m 2 ≥ k > 0 \displaystyle ab=\frac{\sqrt3m+1}{\sqrt3-m}\cdot\frac{\sqrt3m-1}{\sqrt3+m}=\frac{3m^2-1}{3-m^2}\ge k>0 ab = 3 − m 3 m + 1 ⋅ 3 + m 3 m − 1 = 3 − m 2 3 m 2 − 1 ≥ k > 0
+15점 · 주어진 부등식의 해를 구했는가? ① ∣ m ∣ ≥ 2 \displaystyle |m|\ge2 ∣ m ∣ ≥ 2 인 경우 3 m 2 − 1 ≤ k ( 3 − m 2 ) ⟹ ( k + 3 ) m 2 − ( 3 k + 1 ) ≤ 0 ⟹ m 2 ≤ 3 k + 1 k + 3 = 3 ( k + 3 ) − 8 k + 3 = 3 − 8 k + 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} 3 m 2 − 1 ≤ k ( 3 − m 2 ) ⟹ ( k + 3 ) m 2 − ( 3 k + 1 ) ≤ 0 ⟹ m 2 ≤ k + 3 3 k + 1 = k + 3 3 ( k + 3 ) − 8 = 3 − k + 3 8 ⟹ ∣ m ∣ < 3 ∴ ∣ m ∣ ≥ 2 \displaystyle |m|\ge2 ∣ m ∣ ≥ 2 과 ∣ m ∣ < 3 \displaystyle |m|<\sqrt3 ∣ m ∣ < 3 을 동시에 만족시키는 정수 m \displaystyle m m 은 없다. ➁ ∣ m ∣ ≤ 1 \displaystyle |m|\le1 ∣ m ∣ ≤ 1 인 경우 3 m 2 − 1 ≥ k ( 3 − m 2 ) ⟹ ( k + 3 ) m 2 ≥ 3 k + 1 ⟹ m 2 ≥ 3 k + 1 k + 3 = 3 − 8 k + 3 ⟹ m ≤ − 3 k + 1 k + 3 또는 m ≥ 3 k + 1 k + 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} 3 m 2 − 1 ≥ k ( 3 − m 2 ) ⟹ ( k + 3 ) m 2 ≥ 3 k + 1 ⟹ m 2 ≥ k + 3 3 k + 1 = 3 − k + 3 8 ⟹ m ≤ − k + 3 3 k + 1 또는 m ≥ k + 3 3 k + 1 ▶ k = 1 \displaystyle k=1 k = 1 이면, m ≥ 1 \displaystyle m\ge1 m ≥ 1 또는 m ≤ − 1 \displaystyle m\le-1 m ≤ − 1 이다. ∴ m = 1 , − 1 \displaystyle m=1,-1 m = 1 , − 1 이다. ▶ k ≥ 2 \displaystyle k\ge2 k ≥ 2 이면, ∣ m ∣ ≤ 1 \displaystyle |m|\le1 ∣ m ∣ ≤ 1 과 m 2 ≥ 3 k + 1 k + 3 \displaystyle m^2\ge\frac{3k+1}{k+3} m 2 ≥ k + 3 3 k + 1 을 만족시키는 m \displaystyle m m 은 없다.
+10점 · 두 직선사이의 교각의 탄젠트 값을 정확히 구했는가? (3)
tan π 3 = tan ( α − β ) = tan α − tan β 1 + tan α tan β = m − c 1 + m c = 3 \displaystyle \tan\frac\pi3=\tan(\alpha-\beta)=\frac{\tan\alpha-\tan\beta}{1+\tan\alpha\tan\beta}=\frac{m-c}{1+mc}=\sqrt3 tan 3 π = tan ( α − β ) = 1 + tan α tan β tan α − tan β = 1 + m c m − c = 3 이므로, m − c = 3 ( 1 + m c ) \displaystyle m-c=\sqrt3(1+mc) m − c = 3 ( 1 + m c ) 이다.
+20점 · c \displaystyle c c 를 m \displaystyle m m 으로 정확히 나타내었는가? 따라서 c = m − 3 3 m + 1 \displaystyle c=\frac{m-\sqrt3}{\sqrt3m+1} c = 3 m + 1 m − 3 이다.