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해설강의 준비중
홍익대 서울캠퍼스 2021학년도 수시 자연계열 (오후) 3번 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2021su/jayeon_pm_3
+3점 · 답을 구하고 (그림 등을 이용하여) 설명함 (3점)
(1) 정n각형의 인접한 두 꼭짓점 사이의 중심각은 n2π이므로 i번째, j번째 꼭짓점 사이의 중심각은 k=j−i라 하면 n2πk (1≤k≤2n인 경우) 또는 2π−n2πk (2n≤k≤n−1인 경우)이다. 반지름 1인 원에서 중심각이 0≤θ≤π인 현의 길이는 2sin2θ이며 중심각이 2π−θ인 현 (π≤θ≤2π)의 길이 또한 2sin22π−θ=2sin(π−2θ)=2sin2θ이므로 i번째, j번째 꼭짓점 사이의 거리 PiPj는 2sinnπk이다.
+4점 · 설명과 식의 전개가 논리적이고 정확함 (4점)
(2) 꼭짓점 Pi와 다른 꼭짓점을 이은 선분들의 길이의 평균은 각 1≤i≤n에 대해 모두 동일한 값 Ln이다. 즉,
Ln=n−11(P1P2+P1P3+⋯+P1Pn) (P1와 다른 꼭짓점을 이은 선분의 길이의 평균)
Ln=n−11(P2P1+P2P3+⋯+P2Pn) (P2와 다른 꼭짓점을 이은 선분의 길이의 평균)
…
Ln=n−11(PnP1+PnP2+⋯+PnPn−1) (Pn와 다른 꼭짓점을 이은 선분의 길이의 평균)
임의의 두 꼭짓점을 잇는 선분은 위의 n개의 식의 우변에서 두 번씩 나타난다. 가령 꼭짓점 Pi, Pj를 잇는 선분은 i번째, j번째 식의 우변에 한 번씩 나타난다. 따라서 위의 n개의 식을 모두 더하면
+3점 · 같은 색, 다른 색 꼭짓점을 잇는 선분의 개수중 하나만 구함 (1점)
같은 색, 다른 색 꼭짓점을 잇는 선분의 개수 모두 구함 (3점)
(4) 정 2n각형에서 검은색, 흰색 꼭짓점들은 각각 n개 있다. 서로 다른 색 꼭짓점을 잇는 선분의 개수는 검은색 꼭짓점 중 하나, 흰색 꼭짓점 중 하나를 선택하는 경우의 수와 같으므로 n×n=n2이다. 서로 같은 색 꼭짓점을 잇는 선분의 개수는 전체에서 이 개수를 뺀 수이므로 2nC2−n2=22n(2n−1)−n2=n(n−1)이다.
+6점 · n→∞limFn을 구하고 그 과정을 설명함 (3점)
n→∞limGn을 구하고 그 과정을 설명함 (3점)
(5) 정 2n각형에서 검은색 꼭짓점들은 정 n각형의 꼭짓점들이다. 따라서 정 2n각형에서 두 꼭짓점이 모두 검은색인 선분의 개수는 정 n각형의 두 꼭짓점을 잇는 선분의 개수 2n(n−1)이고, 그 길이의 평균은 Mn이다. 두 꼭짓점이 모두 흰색인 선분의 개수와 길이의 평균도 마찬가지이다. 따라서 같은 색 꼭짓점을 잇는 선분의 길이의 평균은 Fn=21Mn+21Mn=Mn이고 그 극한은 n→∞limFn=n→∞limMn=π4이다.
정 2n각형의 두 꼭짓점들을 잇는 선분들의 길이의 평균 M2n은 서로 같은색 꼭짓점을 잇는 선분들, 서로 다른색 두 꼭짓점을 잇는 선분들 각각의 개수와 길이의 평균으로부터