홍익대 서울캠퍼스 2023학년도 수시 오전 자연계열 3번 · 해설강의 있음 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2023su_am/jayeon_3
2점 만점 · - 설명과 답안의 수식이 정확한 경우 (2점)
- 설명이 없이 맞는 답안만 제시된 경우 (1점)
(1) nm이 문제에서 구하는 분수라면 nm≤c<nm+1 이다. 즉, m≤nc<m+1 이므로, m=[nc]이고, nm=n[nc]이 된다.
7점 만점 · - s(n)을 정확히 구함 (4점)
- t(n)을 정확히 구함 (3점)
(2) 줄간격이 n1인 모눈종이에 함수의 그래프를 그렸다고 생각하자.x축상의 두 점 a,b 사이에는 길이 n1인 작은 구간이 n(b−a)개 있다.k번째 소구간 위쪽의 정사각형(즉, 모눈종이의 칸) 중 그래프와 만나는 가장 아래쪽의 정사각형은 (1)에 의해 밑변의 높이(즉, y좌표)가 n[nmk]이고, 가장 위쪽의 정사각형은 밑변의 높이가 n[nMk]이 되어 그래프와 만나는 정사각형의 개수는 [nMk]−[nmk]+1이다.k번째 소구간 위쪽의 정사각형들 중 그래프와 만나지 않고 그 아래쪽에 있는 것들은 위에서 구한 밑변의 높이가 n[nmk]인 정사각형 아래쪽의 정사각형들이므로 개수는 [nmk]이다.따라서, s(n)=k=1∑n(b−a)([nMk]−[nmk]+1), t(n)=k=1∑n(b−a)[nmk] 이다.
7점 만점 · - s(n)을 합을 이용하여 정확히 구함 (3점)
- t(n)을 합을 이용하여 정확히 구함 (4점)
(3) 소구간에서 증가하는 함수는 최솟값을 소구간의 왼쪽 끝점에서, 최댓값을 오른쪽 끝점에서 가진다. 감소할 때는 반대이다. k번째 소구간은 [nk−1,nk](k=1,2,⋯,3n) 이므로 주어진 함수의 증가, 감소를 고려하면 각 소구간에서 최댓값, 최솟값은 아래와 같다.Mk={n2k−2nk−1+251≤k≤nn+1≤k≤3n[nMk]={2k[2−k+1+5n]1≤k≤nn+1≤k≤3nmk={n2(k−1)−2nk+251≤k≤nn+1≤k≤3n[nmk]={2(k−1)[2−k+5n]1≤k≤nn+1≤k≤3n
위 식의 두 번째 줄을 2×2n 개의 항의 합으로 볼 때, 중간의 항들은 연이은 두 항씩 서로 상쇄되어 첫 항과 마지막 항만 남는다. 따라서, s(n)=6n 이다.
마찬가지로, (2)에 의해t(n)=k=1∑3n[nmk]=k=1∑n2(k−1)+k=n+1∑3n[2−k+5n] 이다.k=n+1∑3n[2−k+5n]=[24n−1]+[24n−2]+[24n−3]+[24n−4]+⋯+[22n]=[2n−21]+[2n−1]+[2n−1−21]+[2n−2]+⋯+[n]=(2n−1)+(2n−1)+(2n−2)+(2n−2)+⋯+n=k=1∑n2(2n−k)이다. (위 식의 두 번째 줄에서 항은 2n개이며, 가우스 기호 안의 값은 21씩 줄어든다. 따라서 그 값은 세 번째 줄에서와 같이 2n−1,2n−2,⋯,n이 연달아 두 번씩 나타난다.)
k=1∑n2(k−1)=2k=1∑nk−k=1∑n2=n(n+1)−2n=n2−n 이고,k=1∑n2(2n−k)=k=1∑n4n−2k=1∑nk=4n2−n(n+1)=3n2−n 이므로,정리하면 t(n)=4n2−2n 이다.
4점 만점 · - 세 극한을 (3)의 식을 이용하여 구하기 (2점)
- 영역의 면적과 n→∞limn2t(n)이 같음을 설명 (넓이의 값과 비교 또는 정적분과 급수의 합 사이의 관계를 이용하여 설명) (1점)
- 그래프의 길이와 n→∞limns(n)의 값이 같지 않음을 설명 (길이 값 제시) (1점)
(4) n→∞limn2s(n)=n→∞limn26n=0, n→∞limn2t(n)=n→∞limn24n2−2n=4, n→∞limns(n)=n→∞limn6n=6 이다.t(n)은 그래프의 아래 x축 위쪽의 정사각형들의 개수이고, n21는 각 정사각형의 넓이이므로 n2t(n)는 이 정사각형들의 넓이의 합이다. 그 극한 n→∞limn2t(n)은 그래프와 x축 사이의 넓이이다.실제로 그래프와 x축 사이의 넓이를 계산하면 (문제의 그림에서 삼각형과 사다리꼴의 넓이의 합) 21×1×2+2×2(2+1)=4 이다.주어진 함수 그래프의 길이는 (0,0)과 (1,2)를 잇는 선분의 길이와 (1,2)와 (3,1)을 잇는 선분의 길이의 합이므로 1+4+4+1=25이고 n→∞limns(n)는 그래프의 길이를 나타내지 않는다.