수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

공학계열 3번

문제

🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중

[문제 3-1]

[채점기준] 총 5점을 배점하고 단계별 부분점수는 다음과 같다.

+3점 · 관계식

화각 β\displaystyle \beta, 초점거리 d, 영상 센서 높이 h의 관계를 그림[3-1]에서 구하면

h2d=tan(β2)\displaystyle \frac h{2d}=\tan\left(\frac\beta2\right)

+2점 · 초점거리 범위

영상 센서 높이 h=0.04\displaystyle h=0.04일 때 계산된 주어진 화각 β\displaystyle \beta의 범위를 만족하는 초점거리 d\displaystyle d를 구하면 다음과 같다.

tan(π6)0.042dtan(π4)\displaystyle \tan\left(\frac\pi6\right)\leq\frac{0.04}{2d}\leq\tan\left(\frac\pi4\right)

130.02d1\displaystyle \Rightarrow\frac1{\sqrt3}\leq\frac{0.02}{d}\leq1

0.02d0.023\displaystyle \Rightarrow0.02\leq d\leq0.02\sqrt3

[문제 3-2]

[채점기준] 총 5점을 배점하고 단계별 부분점수는 다음과 같다.

+3점 · 삼각함수의 극한

삼각함수의 극한을 계산하면

α=limt0πtsint33cost×3+3cost3+3cost=limt0πtsint(3+3cost)9(1cos2t)=limt0πtsint(3+3cost)9sin2t=limt0πt(3+3cost)9sint=limt03π9tsint(1+cost)=π3×1×(1+cos0)=2π3\displaystyle \begin{aligned}\alpha&=\lim_{t\to0}\frac{\pi t\sin t}{3-3\cos t}\times\frac{3+3\cos t}{3+3\cos t}\\&=\lim_{t\to0}\frac{\pi t\sin t(3+3\cos t)}{9(1-\cos^2t)}\\&=\lim_{t\to0}\frac{\pi t\sin t(3+3\cos t)}{9\sin^2t}\\&=\lim_{t\to0}\frac{\pi t(3+3\cos t)}{9\sin t}\\&=\lim_{t\to0}\frac{3\pi}9\frac{t}{\sin t}(1+\cos t)\\&=\frac\pi3\times1\times(1+\cos0)=\frac{2\pi}3\end{aligned}

+2점 · 점의 좌표

카메라의 위치 P의 x, y 좌표를 계산하면 다음과 같다.

(x,y)=(10cos2π3,10sin2π3)=(5,53)\displaystyle (x,y)=\left(10\cos\frac{2\pi}3,10\sin\frac{2\pi}3\right)=(-5,5\sqrt3)

[문제 3-3]

[채점기준] 총 10점을 배점하고 문항별 점수와 단계별 부분점수는 다음과 같다.

1) 1번 문항에는 총 6점을 배점한다.

+4점 · 그래프 개형

지표의 함수 f(x)의 개형을 그리기 위해 0x<3\displaystyle 0\leq x<3에서 도함수가 0인 x\displaystyle x값을 찾으면 다음과 같다.

f(x)=x24x+3=0x=1,3\displaystyle f^{\prime}(x)=x^2-4x+3=0\quad\Rightarrow\quad x=1,3 (x=1,3\displaystyle x=1,3에서 극값을 갖는다.)

변곡점을 찾기위해 0x<3\displaystyle 0\leq x<3에서 이계도함수가 0인 x\displaystyle x값을 찾으면 다음과 같다.

f(x)=2x4=0x=2\displaystyle f^{\prime\prime}(x)=2x-4=0\quad\Rightarrow\quad x=2

변곡점의 좌표는 (2,f(2))\displaystyle (2,f(2))이고, 아래 그림과 같이 x=2\displaystyle x=2의 좌,우에서 함수의 그래프의 모양이 각각 위로 볼록, 아래로 볼록이다.

x=1,3\displaystyle x=1,3x=2\displaystyle x=2에서 f(x)\displaystyle f(x)를 계산하면 f(1)=43,f(2)=23,f(3)=0\displaystyle f(1)=\frac43,f(2)=\frac23,f(3)=0이므로 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 개형은 다음 그림과 같다.

지표 함수의 최고점과 변곡점

* 이계도함수를 이용한 볼록에 대한 조사가 없으면 1점 감점.

* 극값과 변곡점에 대한 함수값은 구하지 않아도 감점 없음

+2점 · 최고점

위 그림에서 확인할 수 있듯이 지표의 최고점은, x=1\displaystyle x=1에서 y=43\displaystyle y=\frac43이다.

2) 2번 문항에는 총 4점을 배점한다.

+3점 · 중심방향 각도

최고점과 P를 지나는 직선의 기울기는 1이므로 카메라가 촬영하는 중심방향이 최고점을 지날 때 카메라 각도 γ=π4\displaystyle \gamma=\frac\pi4이다.

+1점 · 촬영각 범위

아래 그림에서와 같이 카메라가 촬영하는 중심방향은 화각 β\displaystyle \beta를 이등분 한다. 카메라 화각 β=π6\displaystyle \beta=\frac\pi6이므로, 최고점을 촬영하기 위한 카메라 각도의 범위는 다음과 같다.

π4π12γπ4+π12\displaystyle \frac\pi4-\frac\pi{12}\leq\gamma\leq\frac\pi4+\frac\pi{12}

π6γπ3\displaystyle \Rightarrow\frac\pi6\leq\gamma\leq\frac\pi3

최고점을 촬영하는 카메라의 각도

[문제 3-4]

[채점기준] 총 15점을 배점하고 문항별 점수와 단계별 부분점수는 다음과 같다.

1) 1번 문항에는 총 5점을 배점한다.

+3점 · 그래프 개형

그래프의 개형을 그리기 위해, 1x<2\displaystyle 1\leq x<2에서 f(x)\displaystyle f(x)를 미분하면 f(x)=2x+18x\displaystyle f^{\prime}(x)=-2x+\frac1{8x}이다. f(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0에서 x=14,14\displaystyle x=-\frac14,\frac14이고, 범위 1x<2\displaystyle 1\leq x<2에서 f(x)\displaystyle f^{\prime}(x)는 음수이다.

위로 볼록, 아래로 볼록을 조사하기 위해 이계도함수를 구하면 f(x)=218x2\displaystyle f^{\prime\prime}(x)=-2-\frac1{8x^2}이고 범위 1x<2\displaystyle 1\leq x<2에서 f(x)\displaystyle f^{\prime\prime}(x)는 음수이다. 따라서 지표을 표현하는 함수의 개형은 아래 그림과 같다.

지표 함수와 카메라 위치 P

* 이계도함수를 이용한 볼록에 대한 조사가 없으면 1점 감점.

+1점 · 화각

카메라가 촬영하는 끝점의 위치는 (1,5),(3,2+18ln2)\displaystyle \left(1,5\right),\left(3,2+\frac18\ln2\right)이므로, 카메라의 위치 P\displaystyle P와 촬영하는 끝점을 연결하면 위의 그림과 같다. (1,5)\displaystyle (1,5)(3,7)\displaystyle (3,7)을 연결한 선분과 P를 지나는 수평선 사이의 각도는 π4\displaystyle \frac\pi4이므로 카메라의 화각 β=π4\displaystyle \beta=\frac\pi4이다.

+1점 · 카메라 각도

카메라가 촬영하는 중심방향은 화각을 이등분하므로, 카메라의 각도 γ=π4+π8=3π8\displaystyle \gamma=\frac\pi4+\frac\pi8=\frac{3\pi}8이다.

2) 2번 문항에는 총 5점을 배점한다.

촬영하는 지표의 길이 l\displaystyle lx=1\displaystyle x=1에서 x=2\displaystyle x=2까지의 촬영길이와 x=2\displaystyle x=2에서 x=3\displaystyle x=3까지의 촬영길이인 1의 합이다.

+4점 · 곡선 길이

x=1\displaystyle x=1에서 x=2\displaystyle x=2까지의 길이를 계산하면 다음과 같다.

l1=121+f(x)2dx=121+(2x+18x)2dx=121+(4x2+164x212)dx=124x2+164x2+12dx=12(2x+18x)2dx=122x+18xdx=[x2+18lnx]12=41+18ln20=3+18ln2\displaystyle \begin{aligned}l_1&=\int_1^2\sqrt{1+f^{\prime}(x)^2}\,dx\\&=\int_1^2\sqrt{1+\left(-2x+\frac1{8x}\right)^2}\,dx\\&=\int_1^2\sqrt{1+\left(4x^2+\frac1{64x^2}-\frac12\right)}\,dx\\&=\int_1^2\sqrt{4x^2+\frac1{64x^2}+\frac12}\,dx\\&=\int_1^2\sqrt{\left(2x+\frac1{8x}\right)^2}\,dx\\&=\int_1^2\left|2x+\frac1{8x}\right|\,dx\\&=\Biggl[x^2+\frac18\ln|x|\Biggr]_1^2\\&=4-1+\frac18\ln2-0=3+\frac18\ln2\end{aligned}

+1점 · 길이의 합

촬영길이 l=l1+1=4+18ln2\displaystyle l=l_1+1=4+\frac18\ln2이다.

3) 3번 문항에는 총 5점을 배점한다.

면적 S를 구하기 위해 아래 그림에서와 같이 사디리꼴의 면적에서 U와 V의 면적을 뺀다.

사다리꼴에서 지표 아래의 U, V를 빼는 넓이 계산
+1점 · 사다리꼴과 V

사다리꼴의 면적은 12(5+7)×(31)=12×12×2=12\displaystyle \frac12(5+7)\times(3-1)=\frac12\times12\times2=12

면적 V=(32)×(2+18ln2)=2+18ln2\displaystyle V=(3-2)\times\left(2+\frac18\ln2\right)=2+\frac18\ln2

+3점 · U의 넓이

면적 [t]U=12(x2+18lnx+6)dx=[13x3+18(xlnxx)+6x]12=13(81)+18[(2ln22)(1ln11)]+6(21)=73+18(2ln21)+6=8524+14ln2\displaystyle \begin{aligned}[t]U&=\int_1^2\left(-x^2+\frac18\ln x+6\right)dx\\&=\Biggl[-\frac13x^3+\frac18(x\ln x-x)+6x\Biggr]_1^2\\&=-\frac13(8-1)\\&\quad+\frac18[(2\ln2-2)-(1\ln1-1)]\\&\quad+6(2-1)\\&=-\frac73+\frac18(2\ln2-1)+6\\&=\frac{85}{24}+\frac14\ln2\end{aligned}

+1점 · S의 넓이

면적 [t]S=12VU=12(2+18ln2)(8524+14ln2)=10852438ln2=1552438ln2\displaystyle \begin{aligned}[t]S&=12-V-U\\&=12-\left(2+\frac18\ln2\right)-\left(\frac{85}{24}+\frac14\ln2\right)\\&=10-\frac{85}{24}-\frac38\ln2\\&=\frac{155}{24}-\frac38\ln2\end{aligned}

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.