수리논술, 이게 다다.

이학계열 2-3번

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문제

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 대한 풀이 과정과 답을 제시하시오.(답만 기재하면 0점 처리)

가) 점 (x1,y1)\displaystyle (x_1,y_1)과 직선 ax+by+c=0\displaystyle ax+by+c=0 사이의 거리는 ∣ax1+by1+c∣a2+b2\displaystyle \frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}이다.

나) 사인함수 y=sin⁡x\displaystyle y=\sin x는 다음과 같은 성질을 갖는다.(1) 정의역이 실수 전체의 집합이고, 치역은 {y∣−1≤y≤1}\displaystyle \{y\mid-1\leq y\leq1\}이다.(2) 주기가 2π\displaystyle 2\pi인 주기함수이다. 즉, sin⁡(x+2nπ)=sin⁡x\displaystyle \sin(x+2n\pi)=\sin x (단, n\displaystyle n은 정수)

다) 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속인 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 한 부정적분을 F(x)\displaystyle F(x)라 하면∫abf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a)\displaystyle \int_a^b f(x)dx=\Biggl[F(x)\Biggr]_a^b=F(b)-F(a)

라) 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 f′(a)=0\displaystyle f^{\prime}(a)=0일 때, x=a\displaystyle x=a의 좌우에서(1) f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)의 부호가 양에서 음으로 바뀌면 f(x)\displaystyle f(x)는 x=a\displaystyle x=a에서 극대이고, 극댓값 f(a)\displaystyle f(a)를 갖는다.(2) f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)의 부호가 음에서 양으로 바뀌면 f(x)\displaystyle f(x)는 x=a\displaystyle x=a에서 극소이고, 극솟값 f(a)\displaystyle f(a)를 갖는다.

[문제 2-3] 자연수 n\displaystyle n에 대하여 함수 y=sin⁡(20πx)\displaystyle y=\sin(20\pi x)의 그래프와 직선 y=n−110\displaystyle y=\frac{n-1}{10}의 교점 중 x\displaystyle x좌표가 (n+1)2\displaystyle (n+1)^2 이상이고 2(n+1)2\displaystyle 2(n+1)^2 이하인 점의 개수를 an\displaystyle a_n이라 하자. ∑n=120an\displaystyle \sum_{n=1}^{20}a_n의 값을 구하시오.

해설강의 준비중
+2점 · 사인함수의 주기를 구하면 (2점)

y=sin⁡(20πx)\displaystyle y=\sin(20\pi x)는 주기가 110\displaystyle \frac{1}{10}인 주기함수이다.

+8점 · n\displaystyle n의 범위에 따라 an\displaystyle a_n을 각각 구하면 (8점)

따라서 y=sin⁡(20πx)\displaystyle y=\sin(20\pi x)와 y=n−110\displaystyle y=\frac{n-1}{10}의 교점의 x\displaystyle x좌표가 (n+1)2\displaystyle (n+1)^2이상이고 2(n+1)2\displaystyle 2(n+1)^2이하인 교점의 개수는 x\displaystyle x좌표가 0\displaystyle 0이상이고 (n+1)2\displaystyle (n+1)^2이하인 교점의 개수와 같다.이때 y=sin⁡(20πx)\displaystyle y=\sin(20\pi x)와 y=n−110\displaystyle y=\frac{n-1}{10}이 만나는 점의 개수인 an\displaystyle a_n를 구하면,ⅰ) n=1\displaystyle n=1일 때, 20(n+1)2+1=81\displaystyle 20(n+1)^2+1=81ⅱ) n=2,⋯ ,10\displaystyle n=2,\cdots,10일 때, 20(n+1)2\displaystyle 20(n+1)^2ⅲ) n=11\displaystyle n=11일 때, 10(n+1)2=1440\displaystyle 10(n+1)^2=1440ⅳ) 12≤n≤20\displaystyle 12\leq n\leq20일 때, 0

+3점 · ∑\displaystyle \sum의 값을 구하면 (3점)

그러므로 ∑n=120an=81+∑n=210{20(n+1)2}+10×122=11541\displaystyle \sum_{n=1}^{20}a_n=81+\sum_{n=2}^{10}\{20(n+1)^2\}+10\times12^2=11541

주어진 사인함수의 그래프와 직선의 그래프가 만나는 교점의 개수를 사인함수의 정의를 활용하여 구할 수 있다.

*ⅰ)~ⅳ) 각 풀이당 2점

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