수리논술, 이게 다다.

인문사회계 Ⅱ 2번

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문제

※ [문제 2] : 다음의 질문들에 답하시오. [총 60점]

[다]

경기변동은 장기 추세를 중심으로 경기가 변화하는 것을 의미한다. 이를 구체적으로 살펴보면 투자와 생산, 고용 등이 크게 활발한 확장기, 최고점을 지나면서 투자와 생산, 고용 등이 위축되는 후퇴기, 모든 경제활동이 가장 침체되는 수축기, 그리고 경제활동이 다시 활기를 찾기 시작하는 회복기 등 네 가지 국면으로 구분될 수 있다. 경기가 상승 국면과 하강 국면 또는 호황기와 침체기를 반복하기 때문에 경기변동이 규칙적이라고 생각하기 쉽다. 그러나 경기변동은 불규칙적으로 나타난다.

— 고등학교 ‘경제’ 교과서

[라]

현대 사회에서는 금융 제도가 발달하여 현재의 수입을 미래로 이전하거나 미래의 수입을 현재로 이전하는 것이 가능하게 되었다. 그 결과, 금융 생활에 시간이 중요한 변수로 등장하였다. 시간 변수를 고려할 때 오늘의 100만 원은 1년 후의 100만 원보다 가치가 높다. 즉, 1년 후에 받을 미래가치 100만 원은 오늘의 100만 원보다 가치가 낮다.

— 고등학교 ‘경제’ 교과서

예를 들어, 연복리로 계산되는 유효이자율이 5%일 때, 1년 후에 받을 1,000,000원의 현재가치는 1,000,000÷(1.05)1=952,381\displaystyle 1{,}000{,}000\div(1.05)^1=952{,}381원이고, 2년 후에 받을 1,000,000원의 현재가치는 1,000,000÷(1.05)2=907,029\displaystyle 1{,}000{,}000\div(1.05)^2=907{,}029원이다.

[마]

1인당 국민소득이 증가해도 개인의 행복은 크게 증가하지 않는다는 연구 결과가 있다. 로널드 잉글하트는 그간의 많은 연구 결과를 바탕으로 경제성장효용체감의 법칙을 내놓았다. 경제성장효용체감의 법칙이란 1인당 국민소득이 높아질 때 행복지수는 상승하지만 행복지수의 증가 속도는 낮아진다는 것이다.

— 고등학교 ‘사회’ 교과서

[문제 2-1] [다]를 바탕으로, 어떤 해의 경기 국면이 X\displaystyle X일 때 다음 해의 경기 국면이 Y\displaystyle Y일 확률이 아래와 같이 주어져 있다고 하자. 올해의 경기 국면이 확장기일 때, 2년 후의 경기 국면이 후퇴기이거나 수축기일 확률은 얼마인지 계산하시오. (20점)

XX / YY확장기후퇴기수축기회복기
확장기70%25%3%2%
후퇴기2%50%40%8%
수축기8%3%60%29%
회복기20%4%1%75%

[문제 2-2] [라]를 참고하여, 현재 10,000원의 12년 후 미래가치가 얼마인지 계산하시오. 연복리로 계산되는 유효이자율은 10%라고 가정한다. 단, log⁡101.1=0.0414\displaystyle \log_{10}1.1=0.0414, 1010×0.0414=2.5937\displaystyle 10^{10\times0.0414}=2.5937, 1012×0.0414=3.1384\displaystyle 10^{12\times0.0414}=3.1384, 1210×0.0414=2.7971\displaystyle 12^{10\times0.0414}=2.7971, 1212×0.0414=3.4359\displaystyle 12^{12\times0.0414}=3.4359이다. (20점)

[문제 2-3] [마]를 바탕으로, 1인당 국민소득을 Y\displaystyle Y라 하고 행복지수를 Z\displaystyle Z라 하자. Y\displaystyle Y가 어떤 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b)에 있을 때, Y\displaystyle Y와 Z\displaystyle Z 사이의 관계를 Z=10−Y+5Y2−3Y3\displaystyle Z=10-Y+5Y^2-3Y^3으로 나타낼 수 있다고 하자. 경제성장효용체감의 법칙이 성립하는 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b) 중에서 b−a\displaystyle b-a의 최대값은 얼마인가? 답은 기약분수로 표시하시오. (20점)

해설강의 준비중

[문제 2-1]

(1) 행렬을 이용한 답

표에 주어진 값을 4×4\displaystyle 4\times4 행렬 A\displaystyle A로 부르자. i\displaystyle i-번째 원소가 1이고 나머지가 모두 0인 1×4\displaystyle 1\times4 행렬을 ei\displaystyle e_i라 하자. 그러면 i\displaystyle i-번째 국면이 첫 번째(확장기), 두 번째(후퇴기), 세 번째(수축기), 네 번째(회복기) 국면으로 전환될 확률은 eiA\displaystyle e_iA로 나타낼 수 있고, 2년 후의 각 국면의 확률은 eiA2\displaystyle e_iA^2으로 나타낼 수 있다. 현재의 국면은 확장기이므로 ei\displaystyle e_i대신 e1\displaystyle e_1을 써 주면 e1A2\displaystyle e_1A^2이므로 A2\displaystyle A^2의 첫 번째 행이 되고, 후퇴기와 수축기의 확률을 더하려면 이 행의 두 번째와 세 번째 원소를 더해주면 된다.

A2=(.7.25.03.02.02.5.4.08.08.03.6.29.2.04.01.75)(.7.25.03.02.02.5.4.08.08.03.6.29.2.04.01.75)\displaystyle A^2=\begin{pmatrix}.7&.25&.03&.02\\.02&.5&.4&.08\\.08&.03&.6&.29\\.2&.04&.01&.75\end{pmatrix}\begin{pmatrix}.7&.25&.03&.02\\.02&.5&.4&.08\\.08&.03&.6&.29\\.2&.04&.01&.75\end{pmatrix}

=(⋅.175+.125+.0009+.0008+.021+.1+.018+.0002⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅)(1)\displaystyle =\begin{pmatrix}\cdot&.175+.125+.0009+.0008&+.021+.1+.018+.0002&\cdot\\\cdot&\cdot&\cdot&\cdot\\\cdot&\cdot&\cdot&\cdot\\\cdot&\cdot&\cdot&\cdot\end{pmatrix}\quad(1)

이므로 .175+.125+.0009+.0008+.021+.1+.018+.0002=.4409\displaystyle .175+.125+.0009+.0008+.021+.1+.018+.0002=.4409가 답이다.

[문제 2-2]

지문 [라]로부터 현재가치와 미래가치의 관계식을 유도하면

현재가치=미래가치×1(1+i)n(3)\displaystyle \text{현재가치}=\text{미래가치}\times\frac1{(1+i)^n}\quad(3)

유효이자율이 10%일 때, 현재 가지고 있는 10,000원의 12년 후 미래가치는

미래가치=현재가치×(1+i)n=10,000×(1.10)12(4)\displaystyle \text{미래가치}=\text{현재가치}\times(1+i)^n=10{,}000\times(1.10)^{12}\quad(4)

미래가치 계수인 (1.10)12\displaystyle (1.10)^{12}을 구하기 위해 문제에서 주어진 힌트를 활용하면

log⁡101.1=0.0414(5)\displaystyle \log_{10}1.1=0.0414\quad(5)

nlog⁡101.1=n×0.0414\displaystyle n\log_{10}1.1=n\times0.0414

log⁡10(1.1)n=n×(0.0414)\displaystyle \log_{10}(1.1)^n=n\times(0.0414)

(1.1)n=10n×(0.0414)\displaystyle (1.1)^n=10^{n\times(0.0414)}

(1.1)12=1012×(0.0414)\displaystyle (1.1)^{12}=10^{12\times(0.0414)}

따라서 미래가치는

미래가치=10,000×(1.1)12=10,000×1012×(0.0414)(6)\displaystyle \text{미래가치}=10{,}000\times(1.1)^{12}=10{,}000\times10^{12\times(0.0414)}\quad(6)

문제의 힌트에서 주어진 1012×0.0414\displaystyle 10^{12\times0.0414}의 값을 활용하면

미래가치=10,000×1012×(0.0414)=10,000×3.1384(7)\displaystyle \text{미래가치}=10{,}000\times10^{12\times(0.0414)}=10{,}000\times3.1384\quad(7)

즉, 문제가 요구하는 미래가치는

미래가치=31,384(8)\displaystyle \text{미래가치}=31{,}384\quad(8)

[문제 2-3]

지문의 마지막 문장 “경제성장효용체감의 법칙은 1인당 국민소득이 높아질 때 행복지수는 계속 상승하지만 행복지수의 증가속도는 낮아진다는 것이다”이 담고 있는 조건을 수식으로 표현하는 능력을 평가하는 게 이 문제의 출제의도다.

Z\displaystyle Z를 Y\displaystyle Y에 대해 미분하여 얻는 도함수를 f(Y)\displaystyle f(Y)라 하면,

f(Y)=−1+10Y−9Y2=−9Y2+10Y−1=−(9Y−1)(Y−1)(9)\displaystyle f(Y)=-1+10Y-9Y^2=-9Y^2+10Y-1=-(9Y-1)(Y-1)\quad(9)

이다. f(Y)=0\displaystyle f(Y)=0의 해는 19\displaystyle \frac19, 1\displaystyle 1이 되고 f(Y)\displaystyle f(Y)는 (19,0)\displaystyle \left(\frac19,0\right)과 (1,0)\displaystyle (1,0)을 지난다. 또한

f(Y)=−1+10Y−9Y2=−9(Y−59)2+259−1=−9(Y−59)2+169(10)\displaystyle f(Y)=-1+10Y-9Y^2=-9\left(Y-\frac59\right)^2+\frac{25}9-1=-9\left(Y-\frac59\right)^2+\frac{16}9\quad(10)

이므로 f(Y)\displaystyle f(Y)는 꼭지점 (59,169)\displaystyle \left(\frac59,\frac{16}9\right)를 갖는 포물선이다. 이를 그림으로 그리면 아래와 같다.

대학 답안의 f(Y) 포물선 그래프: 세로축 Z 표기는 원본 그대로

Correction. 이 그림은 f(Y)=dZ/dY\displaystyle f(Y)=dZ/dY의 그래프이므로 세로축의 Z\displaystyle Z는 f(Y)\displaystyle f(Y)의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

그림으로부터 다음을 알 수 있다.

(i) Y\displaystyle Y가 (19,59)\displaystyle \left(\frac19,\frac59\right) 구간에 있을 때:

f(Y)\displaystyle f(Y)는 0보다 크고 증가함수이다. 따라서 행복지수 Z\displaystyle Z는 증가하고, 증가속도도 증가한다.

(ii) Y\displaystyle Y가 (59,1)\displaystyle \left(\frac59,1\right) 구간에 있을 때:

f(Y)\displaystyle f(Y)는 0보다 크고 감소함수이다. 따라서 행복지수 Z\displaystyle Z는 증가하고, 증가속도는 감소한다.

(iii) 그 외의 구간에서는:

f(Y)\displaystyle f(Y)는 0보다 작다. 따라서 행복지수 Z\displaystyle Z는 감소한다.

그러므로 행복지수 Z\displaystyle Z가 증가하고 증가속도가 감소하는 구간은 (59,1)\displaystyle \left(\frac59,1\right)이다. 따라서 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b)가 (59,1)\displaystyle \left(\frac59,1\right)에 포함되어야 하고, b−a\displaystyle b-a의 최대값은 1−59=49\displaystyle 1-\frac59=\frac49가 된다.

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