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한국항공대 2016학년도 수시 공학계열 1번 · mathesis.kr/archive/kau/2016su/gonghak_1
[문제 1-1]
+3점 · 거리
음원과 측정기 간 거리 l을 구하기 위해 두 좌표 사이의 거리를 구하는 공식에 대입하여 아래와 같은 수식으로 올바르게 유도했으면 부분점수 3점 부여함.l(t)=[cost−(−1)]2+[sint−(−1)]2=cos2t+sin2t+2(cost+sint)+2=2(cost+sint)+3
+5점 · 거리의 변화율
거리 l(t)의 t에 대한 변화율을 구하기 위해 아래와 같이 l(t)를 올바르게 미분했으면 부분점수 5점 부여함.dtdl=p(t)=22(cost+sint)+32(−sint+cost)=2(cost+sint)+3cost−sint
+2점 · 진동수
문제에서 주어진 f0=340과 위에서 구한 p(t)를 측정기가 이동하는 경우의 도플러 효과와 관계된 식 f=340340−pf0에 대입했으면 2점 부여함.f=340340−p×340=340−p=340+2(cost+sint)+3sint−cost
(※ 이 후부터 f(t)라고 함)
[문제 1-2]
+4점 · 가까운 위치와 먼 위치
(cost,sint)로 주어진 측정기의 이동 궤적은 좌표평면에서 반지름이 1인 원이다. 음원의 좌표 (−1,−1)과 원의 중심을 모두 지나는 직선과 x축이 이루는 각도는 4π이다. 또한 이 직선과 원이 만나는 두 교점 중 좌표 (−1,−1)에 더 가까운 교점이 음원과 측정기 간 거리가 가장 짧은 지점(=가까운 지점)이며, 이 위치는 (−21,−21)이다. 한편 두 교점 중 좌표 (−1,−1)에서 더 먼 교점이 음원과 측정기 간 거리가 가장 긴 지점(=먼 지점)이며, 이 위치는 (21,21)이다.
+3점 · 시간과 진동수
(−21,−21)에 이르는 시간은 t=2nπ+45π(n=0,1,2,3,…)이므로, t=45π초가 처음으로 가장 가까운 지점을 통과하는 시간이며, 이 때 진동수는 f(t)에 t=45π를 대입한 값, 340+0=340Hz이다.(21,21)에 이르는 시간은 t=2nπ+4π(n=0,1,2,3,…)이므로, t=4π가 처음으로 가장 먼 지점을 통과하는 시간이며, 이 때 진동수는 f(t)에 t=4π초를 대입한 값, 340+0=340Hz이다.
[문제 1-3]
+6점 · 진동수의 도함수
문제 1-1에서 구한 f(t)=340+2(cost+sint)+3sint−cost를 아래와 같이 미분한다.dtdf=2(cost+sint)+3(cost+sint)2(cost+sint)+3−2(cost+sint)+3(sint−cost)(−sint+cost)=[2(cost+sint)+3]3/2(cost+sint)(2(cost+sint)+3)+(sint−cost)2=[2(cost+sint)+3]3/22(cost+sint)2+3(cost+sint)+(sint−cost)2=[2(cost+sint)+3]3/23+2sintcost+3(cost+sint)
+6점 · 도함수의 영점
도함수를 다음과 같이 추가적으로 전개한다.dtdf=[2(cost+sint)+3]3/23+2sintcost+3(cost+sint)=[2(cost+sint)+3]3/21+2sintcost+3(cost+sint)+2=[2(cost+sint)+3]3/2(cost+sint)2+3(cost+sint)+2=[2(cost+sint)+3]3/2(cost+sint+1)(cost+sint+2)f(t)의 극값이 나타나는 t는 dtdf=0을 만족하는 t인데, 식의 분모는 모든 t에 대해 0보다 크고, 분자의 인수 중 cost+sint+2는 0이 될 수 없으므로,cost+sint+1=0 즉, cost+sint=−1(인수분해 대신 그 전에 cost+sint=x로 치환하고, 이차방정식 근의 공식을 사용해도 됨)을 만족하는 t를 찾으면 t=2nπ+π 또는 2nπ+23π(n=0,1,2,3,…) 이다.또는 cost+sint+1=2sin(t+4π)+1=0 즉, sin(t+4π)=−21인 t를 찾아도 동일한 답이 유도됨.
+6점 · 최대·최소
Correction. 문제 1의 배점은 문제지와 모범답안 제목에서 모두 30점이나 세부 채점기준의 합은 10+7+18=35점이므로 세부 배점에 오기가 있는 것으로 보인다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
f(t)는 주기가 2π인 주기함수이므로 극댓값이 최댓값이고, 극솟값이 최솟값이다.0≤t<π에서 dtdf>0이고, π<t<23π에서 dtdf<0이므로 t=π초가 처음으로 극댓값 즉, 최댓값이 나타나는 시간이다.π<t<23π에서 dtdf<0이고, 23π<t<3π에서 dtdf>0이므로 t=23π초가 처음으로 극솟값 즉, 최솟값이 나타나는 시간이다.최댓값은 f(t)에 t=π를 대입했을 때의 값, 340+1=341Hz이다.최솟값은 f(t)에 t=23π를 대입했을 때의 값, 340−1=339Hz이다.
[문제 1-1] 모범답안에 표시된 단계별 부분점수들을 모두 합하면 총 10점이 되도록 한다.
[문제 1-2] 모범답안에 표시된 단계별 부분점수들을 모두 합하면 총 7점이 되도록 한다. 좌표평면에 해당 도형을 그리고, 그림 안에 풀이에서 언급된 요소들이 모두 표시되어 있으면 올바른 풀이로 인정함.
[문제 1-3] 모범답안에 표시된 단계별 부분점수들을 모두 합하면 총 18점이 되도록 한다.