수리논술, 이게 다다.

자연계열 A 2번

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문제

제시문 2

(가) 점 (x1,y1)\displaystyle (x_1,y_1)을 지나고 기울기가 m\displaystyle m인 직선의 방정식은 y−y1=m(x−x1)\displaystyle y-y_1=m(x-x_1)이다.

(나) 다음 그림에서 동경 OP\displaystyle OP가 나타내는 각의 크기를 θ\displaystyle \theta라고 할 때, sin⁡θ=yr, cos⁡θ=xr, tan⁡θ=yx (x≠0)\displaystyle \sin\theta=\frac yr,\ \cos\theta=\frac xr,\ \tan\theta=\frac yx\ (x\ne0)이다.

동경 OP와 삼각함수

(다) [그림 2]는 곡선 y=x2\displaystyle y=x^2과 점 (−1,0)\displaystyle (-1,0)을 지나는 직선 l\displaystyle l을 나타낸 것이다. 곡선 y=x2\displaystyle y=x^2과 직선 l\displaystyle l은 두 점 A\displaystyle A와 B\displaystyle B에서 만난다. 점 O\displaystyle O는 원점이다.

(라) [그림 3]은 반지름이 2인 원과 그 원에 내접하는 사각형 CDEF\displaystyle CDEF를 나타낸 것이다. 대각선 CE\displaystyle CE와 DF\displaystyle DF의 교점이 P\displaystyle P이다.

그림 2: 포물선과 직선, 그림 3: 원에 내접하는 사각형

문제 2-1제시문 2의 (다)에서 직선 l\displaystyle l의 기울기가 t\displaystyle t일 때 ∠AOB\displaystyle \angle AOB의 크기를 θ(t)\displaystyle \theta(t)라 하자. 미분계수 θ′(2)\displaystyle \theta^{\prime}(2)의 값을 구하고 풀이 과정을 쓰시오.

문제 2-2제시문 2의 (라)에서 ∠CPD=π3\displaystyle \angle CPD=\frac\pi3일 때 CD‾+EF‾\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}의 값 중 가장 큰 것을 구하고 풀이 과정을 쓰시오.

해설강의 준비중

[문제 2-1] 답: −4339\displaystyle -\frac{4\sqrt3}{39}

풀이: 직선 l\displaystyle l의 방정식은 y=t(x+1)\displaystyle y=t(x+1)이다. 점의 좌표를 A(a,a2),B(b,b2)\displaystyle A(a,a^2),B(b,b^2)이라 놓자.직선 OA\displaystyle OA의 기울기를 tan⁡θ1\displaystyle \tan\theta_1, 직선 OB\displaystyle OB의 기울기를 tan⁡θ2\displaystyle \tan\theta_2라 하면 tan⁡θ1=a, tan⁡θ2=b\displaystyle \tan\theta_1=a,\ \tan\theta_2=b이다. 삼각함수의 덧셈정리를 이용하여tan⁡θ=tan⁡(θ1−θ2)=tan⁡θ1−tan⁡θ21+tan⁡θ1tan⁡θ2=a−b1+ab\displaystyle \tan\theta=\tan(\theta_1-\theta_2)=\frac{\tan\theta_1-\tan\theta_2}{1+\tan\theta_1\tan\theta_2}=\frac{a-b}{1+ab}를 얻는다. a,b\displaystyle a,b는 방정식 t(x+1)=x2\displaystyle t(x+1)=x^2, 즉 x2−tx−t=0\displaystyle x^2-tx-t=0의 근이다. 이차방정식의 근과 계수의 관계로부터 a+b=t,ab=−t\displaystyle a+b=t,ab=-t를 얻는다.a−b<0\displaystyle a-b<0이므로 a−b=−(a+b)2−4ab=−t2+4t\displaystyle a-b=-\sqrt{(a+b)^2-4ab}=-\sqrt{t^2+4t}이다. 따라서tan⁡θ=−t2+4t1−t=t2+4tt−1\displaystyle \tan\theta=-\frac{\sqrt{t^2+4t}}{1-t}=\frac{\sqrt{t^2+4t}}{t-1}이다. 양변을 t\displaystyle t에 대해 미분하면sec⁡2θ⋅θ′(t)=2t+42t2+4t(t−1)−t2+4t(t−1)2\displaystyle \sec^2\theta\cdot\theta^{\prime}(t)=\frac{\frac{2t+4}{2\sqrt{t^2+4t}}(t-1)-\sqrt{t^2+4t}}{(t-1)^2}이다. t=2\displaystyle t=2일 때 tan⁡θ=23\displaystyle \tan\theta=2\sqrt3이고 이 때 sec⁡θ=13\displaystyle \sec\theta=\sqrt{13}이다. 그러므로13θ′(2)=−433\displaystyle 13\theta^{\prime}(2)=-\frac{4\sqrt3}3이고 따라서 θ′(2)=−4339\displaystyle \theta^{\prime}(2)=-\frac{4\sqrt3}{39}이다.

[문제 2-2] 답: 4풀이: 원의 중심을 O\displaystyle O라 하자.

현 CD, EF에 대한 원주각과 중심각

현 CD\displaystyle CD의 원주각 CED\displaystyle CED를 α\displaystyle \alpha, 현 EF\displaystyle EF의 원주각 EDF\displaystyle EDF를 β\displaystyle \beta라 하자. 그러면∠COD=2α, ∠EOF=2β\displaystyle \angle COD=2\alpha,\ \angle EOF=2\beta이다. 반지름이 2이므로 삼각형 CDO\displaystyle CDO에서 CD‾=2⋅2sin⁡α=4sin⁡α\displaystyle \overline{CD}=2\cdot2\sin\alpha=4\sin\alpha이고 삼각형 EFO\displaystyle EFO에서 EF‾=4sin⁡β\displaystyle \overline{EF}=4\sin\beta이다. 따라서CD‾+EF‾=4(sin⁡α+sin⁡β)\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}=4(\sin\alpha+\sin\beta)이다. 삼각형 DEP\displaystyle DEP에서 α+β=∠CPD=π3\displaystyle \alpha+\beta=\angle CPD=\frac\pi3이므로CD‾+EF‾=4(sin⁡α+sin⁡(π3−α))\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}=4\left(\sin\alpha+\sin\left(\frac\pi3-\alpha\right)\right)이다. 삼각함수의 덧셈정리로부터CD‾+EF‾=4(sin⁡α+sin⁡(π3−α))\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}=4\left(\sin\alpha+\sin\left(\frac\pi3-\alpha\right)\right)=4(sin⁡α+32cos⁡α−12sin⁡α)\displaystyle =4\left(\sin\alpha+\frac{\sqrt3}2\cos\alpha-\frac12\sin\alpha\right)=2sin⁡α+23cos⁡α\displaystyle =2\sin\alpha+2\sqrt3\cos\alpha이다. f(α)=2sin⁡α+23cos⁡α\displaystyle f(\alpha)=2\sin\alpha+2\sqrt3\cos\alpha라 하자. f′(α)=2cos⁡α−23sin⁡α=0\displaystyle f^{\prime}(\alpha)=2\cos\alpha-2\sqrt3\sin\alpha=0을 풀면 tan⁡α=13\displaystyle \tan\alpha=\frac1{\sqrt3}이고 α=π6\displaystyle \alpha=\frac\pi6를 얻는다. 0<α<π6\displaystyle 0<\alpha<\frac\pi6일 때 f′(α)>0\displaystyle f^{\prime}(\alpha)>0이고 π6<α<π2\displaystyle \frac\pi6<\alpha<\frac\pi2일 때 f′(α)<0\displaystyle f^{\prime}(\alpha)<0이므로 f(α)\displaystyle f(\alpha)는 α=π6\displaystyle \alpha=\frac\pi6일 때 최댓값 f(π6)=4\displaystyle f\left(\frac\pi6\right)=4를 갖는다. 따라서 CD‾+EF‾\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}는 값 중 가장 큰 것은 4이다.Correction. ‘CD‾+EF‾\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}는 값’은 ‘CD‾+EF‾\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}의 값’의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

하위 문항채점 기준배점
2-1A+: 풀이와 정답이 맞음. A: B+와 더불어 t=2\displaystyle t=2일 때 sec⁡θ\displaystyle \sec\theta의 값을 구함. B+: B와 더불어 sec⁡2θ⋅θ′(t)=2t+42t2+4t(t−1)−t2+4t(t−1)2\displaystyle \sec^2\theta\cdot\theta^{\prime}(t)=\frac{\frac{2t+4}{2\sqrt{t^2+4t}}(t-1)-\sqrt{t^2+4t}}{(t-1)^2}를 구함. B: C와 더불어 tan⁡θ\displaystyle \tan\theta를 t\displaystyle t에 대하여 미분하는 시도를 함. C: tan⁡θ\displaystyle \tan\theta를 t\displaystyle t에 관하여 바르게 표현함. D: tan⁡θ\displaystyle \tan\theta를 a,b\displaystyle a,b에 관하여 바르게 표현함. E: 풀이와 관련있는 의미있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.20
2-2A+: 정답과 풀이가 맞음. A: B+와 더불어 f(α)\displaystyle f(\alpha)가 α=π6\displaystyle \alpha=\frac\pi6일 때 최댓값을 가짐을 보임. B+: CD‾+EF‾\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}를 한 변수에 대하여 함수로 바르게 표현함. B: α+β=π3\displaystyle \alpha+\beta=\frac\pi3임을 보이고 CD‾+EF‾=4(sin⁡α+sin⁡β)\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}=4(\sin\alpha+\sin\beta)임을 보임. C: α+β=π3\displaystyle \alpha+\beta=\frac\pi3와 CD‾+EF‾=4(sin⁡α+sin⁡β)\displaystyle \overline{CD}+\overline{EF}=4(\sin\alpha+\sin\beta) 중 하나를 보임. D: 중심각과 현의 관계를 표현함. E: 풀이와 관계있는 의미있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.25

※ 하위 문항이 있는 경우 칸을 나누어 채점 기준을 작성함.

※ 채점 기준은 문항의 출제의도에 대한 평가를 위한 것이어야 함.

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