수리논술, 이게 다다.

KU자유전공학부 2번

오류 제보

문제

※ [문제 2]: 다음을 읽고 물음에 답하시오. [60점]

제시문 1

(가) 집합 A\displaystyle A가 유한집합일 때, 집합 A\displaystyle A의 원소의 개수를 기호로 n(A)\displaystyle n(A)와 같이 나타낸다. 일반적으로 두 유한집합 A, B\displaystyle A,\ B에 대하여 다음이 성립한다.n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)\displaystyle n(A\cup B)=n(A)+n(B)-n(A\cap B)

(나) 두 집합 A, B\displaystyle A,\ B에 대하여 A\displaystyle A에 속하지만 B\displaystyle B에는 속하지 않는 모든 원소로 이루어진 집합을 A\displaystyle A에 대한 B\displaystyle B의 차집합이라 하며, 이것을 기호로 A−B\displaystyle A-B와 같이 나타낸다.

(다) 집합 A\displaystyle A와 B\displaystyle B가 다음과 같다.A={x∣x=ba+b, a\displaystyle A=\{x\mid x=\frac b{a+b},\ a와 b\displaystyle b는 이하의 자연수}\displaystyle \}B={x∣x=ba+b, a\displaystyle B=\{x\mid x=\frac b{a+b},\ a와 b\displaystyle b는 이하의 자연수}\displaystyle \}Correction. 집합 A\displaystyle A와 B\displaystyle B의 조건에서 자연수의 상한이 빠져 있다. 대학 예시답안은 A\displaystyle A에서는 2025 이하, B\displaystyle B에서는 2024 이하인 것으로 계산한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

[문제 2-1] (다)에서 n(A−B)\displaystyle n(A-B)의 값을 구하고 풀이 과정을 쓰시오. [15점]

제시문 2

(가) 코사인 법칙은 삼각형의 세 변의 길이를 알고 있는 경우 각의 크기를 구하는 데 이용된다.

(나) 아래 그림의 삼각형 ABC에서 변 AB의 수직이등분선과 변 BC의 수직이등분선이 이루는 예각의 크기가 π4\displaystyle \frac\pi4이다.점 D는 변 AC를 1:3으로 내분하는 점으로, 변 BC의 수직이등분선은 변 AC와 점 D에서 만난다.

삼각형 ABC의 두 수직이등분선과 내분점 D

[문제 2-2] (나)에서 변 AC의 수직이등분선과 변 BC의 수직이등분선이 이루는 예각의 크기를 θ\displaystyle \theta라 할 때, cos⁡θ\displaystyle \cos\theta의 값을 구하고 풀이 과정을 쓰시오. [20점]

제시문 3

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

(나) 아래 그림은 좌표평면에 있는 세 직선l1:3x−y+1=0,\displaystyle l_1:3x-y+1=0,l2:x−3y+3=0,\displaystyle l_2:x-3y+3=0,l3:(sin⁡θ)x+(cos⁡θ)y−52=0\displaystyle l_3:(\sin\theta)x+(\cos\theta)y-\frac5{\sqrt2}=0을 나타낸 것이다. 점 A, B, C는 각각 직선 l1\displaystyle l_1과 l3\displaystyle l_3의 교점, 직선 l1\displaystyle l_1과 l2\displaystyle l_2의 교점, 직선 l2\displaystyle l_2와 l3\displaystyle l_3의 교점이다. (단, 0<θ<π2\displaystyle 0<\theta<\frac\pi2)

세 직선 l1, l2, l3와 삼각형 ABC

[문제 2-3] 삼각형 ABC의 외심을 P라고 하고 ∠PAC\displaystyle \angle\mathrm{PAC}의 크기를 α\displaystyle \alpha라 하자. AB‾=BC‾\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\overline{\mathrm{BC}}일 때, cos⁡α\displaystyle \cos\alpha의 값을 구하고 풀이 과정을 쓰시오. [25점]

해설강의 준비중

[문제 2-1] 정답: 2160

[풀이] 집합 A−B\displaystyle A-B의 원소는 f(x)=x2025+x\displaystyle f(x)=\frac x{2025+x} 또는 g(x)=2025x+2025\displaystyle g(x)=\frac{2025}{x+2025} 꼴의 기약분수이다.(단, x\displaystyle x는 2025 이하의 자연수).여기서 f(x)\displaystyle f(x)는 증가함수, g(x)\displaystyle g(x)는 감소함수이고, 따라서 일대일함수이다.또한, f(x)≤20252025+2025≤g(x)\displaystyle f(x)\le\frac{2025}{2025+2025}\le g(x)이다.x2025+x\displaystyle \frac x{2025+x}가 기약분수가 될 필요충분조건은 x\displaystyle x와 2025가 서로소일 때이다. 또한, 2025x+2025\displaystyle \frac{2025}{x+2025}가 기약분수가 될 필요충분조건은 x\displaystyle x와 2025가 서로소일 때이다.2025 이하의 자연수 중 2025와 서로소인 수의 개수를 구하자. 2025=34×52\displaystyle 2025=3^4\times5^2이므로,2025 이하의 3의 배수의 집합을 C\displaystyle C, 5의 배수의 집합을 D\displaystyle D라 할 때,2025−(n(C)+n(D)−n(C∩D))=2025−(675+405−135)=1080.\displaystyle 2025-(n(C)+n(D)-n(C\cap D))=2025-(675+405-135)=1080.따라서 f(x)\displaystyle f(x) 또는 g(x)\displaystyle g(x) 꼴의 기약분수의 개수는 각각 1080개이며, 집합 A−B\displaystyle A-B의 원소의 개수는 1080×2=2160\displaystyle 1080\times2=2160개다.

[문제 2-2] 정답: 255\displaystyle \frac{2\sqrt5}5

[풀이] 좌표평면에 변 AB의 수직이등분선이 y\displaystyle y축, 변 BC의 수직이등분선이 직선 y=x\displaystyle y=x가 되도록 놓자. 점 A의 좌표를 (a,b) (a>0,b>0)\displaystyle (a,b)\ (a>0,b>0)이라 하면 점 B의 좌표는 (−a,b)\displaystyle (-a,b), 점 C의 좌표는 (b,−a)\displaystyle (b,-a)가 된다. 점 D가 변 AC를 1:3으로 내분하므로 점 D의 좌표는 (b+3a4,−a+3b4)\displaystyle \left(\frac{b+3a}4,\frac{-a+3b}4\right)이다. 점 D가 직선 y=x\displaystyle y=x 위에 있으므로 b+3a=−a+3b\displaystyle b+3a=-a+3b가 성립한다. 이를 정리하면 b=2a\displaystyle b=2a이다. 따라서AB‾=2a,BC‾=(−a−b)2+(b+a)2=2(a+b)=32a,\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=2a,\quad\overline{\mathrm{BC}}=\sqrt{(-a-b)^2+(b+a)^2}=\sqrt2(a+b)=3\sqrt2a,AC‾=(a−b)2+(b+a)2=2(a2+b2)=10a\displaystyle \overline{\mathrm{AC}}=\sqrt{(a-b)^2+(b+a)^2}=\sqrt{2(a^2+b^2)}=\sqrt{10}a이다.변 AC의 수직이등분선과 변 BC의 수직이등분선이 이루는 예각의 크기가 θ\displaystyle \theta이므로 ∠ACB\displaystyle \angle\mathrm{ACB}의 크기 또한 θ\displaystyle \theta이다.따라서 코사인 법칙을 이용하면cos⁡θ=AC‾2+BC‾2−AB‾22AC‾⋅BC‾=10a2+18a2−4a22×(10a)×(32a)=255\displaystyle \cos\theta=\frac{\overline{\mathrm{AC}}^2+\overline{\mathrm{BC}}^2-\overline{\mathrm{AB}}^2}{2\overline{\mathrm{AC}}\cdot\overline{\mathrm{BC}}}=\frac{10a^2+18a^2-4a^2}{2\times(\sqrt{10}a)\times(3\sqrt2a)}=\frac{2\sqrt5}5이다.

[문제 2-3] 정답: cos⁡α=45\displaystyle \cos\alpha=\frac45

[풀이] 삼각형 ABC는 AB‾=BC‾\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\overline{\mathrm{BC}}인 이등변삼각형이므로 ∠ABP=∠PBC\displaystyle \angle\mathrm{ABP}=\angle\mathrm{PBC}이고 직선 BP는 변 AC의 수직이등분선이다.직선 BP를 l\displaystyle l이라 하자. 점 P의 좌표를 (a,b)\displaystyle (a,b)라 하자. 점 P에서 직선 l1\displaystyle l_1과 직선 l2\displaystyle l_2까지의 거리는 같다. 따라서,∣3a−b+1∣10=∣a−3b+3∣10\displaystyle \frac{|3a-b+1|}{\sqrt{10}}=\frac{|a-3b+3|}{\sqrt{10}}이 식을 풀어 b=−a+1, b=a+1\displaystyle b=-a+1,\ b=a+1을 얻는다. 또한 점 P는 ∠ABC\displaystyle \angle\mathrm{ABC}의 이등분선 위에 있으므로 b=a+1\displaystyle b=a+1이고, 따라서 직선 l\displaystyle l의 방정식은 y=x+1\displaystyle y=x+1이다.직선 l\displaystyle l의 기울기가 1이고 직선 l\displaystyle l과 l3\displaystyle l_3는 수직이므로 직선 l3\displaystyle l_3의 기울기는 −1\displaystyle -1이다. 따라서 sin⁡θ=cos⁡θ\displaystyle \sin\theta=\cos\theta이고, 0<θ<π2\displaystyle 0<\theta<\frac\pi2이므로 θ=π4\displaystyle \theta=\frac\pi4이다. 이때 l3\displaystyle l_3의 방정식 x+y−5=0\displaystyle x+y-5=0을 얻는다.직선 l3\displaystyle l_3와 직선 l\displaystyle l의 교점을 Q라 하자. 삼각형 APQ가 ∠AQP\displaystyle \angle\mathrm{AQP}가 직각인 직각삼각형이므로 cos⁡α=AQ‾AP‾\displaystyle \cos\alpha=\frac{\overline{\mathrm{AQ}}}{\overline{\mathrm{AP}}}이다.3x−y+1=0\displaystyle 3x-y+1=0과 x+y−5=0\displaystyle x+y-5=0을 연립하여 풀어 점 A(1,4)\displaystyle \mathrm A(1,4)를 얻는다. y=x+1\displaystyle y=x+1과 x+y−5=0\displaystyle x+y-5=0을 연립하여 풀어 점 Q(2,3)\displaystyle \mathrm Q(2,3)을 얻는다.P(a,a+1)\displaystyle \mathrm P(a,a+1)은 삼각형 ABC의 외심이므로 AP‾=BP‾\displaystyle \overline{\mathrm{AP}}=\overline{\mathrm{BP}}이다. 점 B의 좌표는 (0,1)\displaystyle (0,1)이다. 따라서(a−1)2+(a+1−4)2=a2+(a+1−1)2\displaystyle \sqrt{(a-1)^2+(a+1-4)^2}=\sqrt{a^2+(a+1-1)^2}이고, a=54\displaystyle a=\frac54이다. 따라서 점 P의 좌표는 (54,94)\displaystyle \left(\frac54,\frac94\right)이다.따라서 AP‾=(14)2+(−74)2=524,AQ‾=(−1)2+12=2\displaystyle \overline{\mathrm{AP}}=\sqrt{\left(\frac14\right)^2+\left(-\frac74\right)^2}=\frac{5\sqrt2}4,\quad\overline{\mathrm{AQ}}=\sqrt{(-1)^2+1^2}=\sqrt2이고,cos⁡α=2524=45\displaystyle \cos\alpha=\frac{\sqrt2}{\frac{5\sqrt2}4}=\frac45이다.

하위 문항채점 기준배점
2-1A+: 정답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 모두 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. B+: 채점 기준 C를 구하고, 2025 이하의 자연수 중 2025와 서로소인 수의 개수를 맞게 구함. B: 채점 기준 C를 구하고, 2025 이하의 자연수 중 2025와 서로소인 수의 개수를 구하였으나 틀림. C: x2025+x\displaystyle \frac x{2025+x}와 2025x+2025\displaystyle \frac{2025}{x+2025}가 기약분수가 될 필요충분조건이 x\displaystyle x와 2025가 서로소일 때임을 구함. D: 집합 A−B\displaystyle A-B의 원소가 f(x)=x2025+x\displaystyle f(x)=\frac x{2025+x} 또는 g(x)=2025x+2025\displaystyle g(x)=\frac{2025}{x+2025} 꼴의 기약분수임을 구함. E: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.15점
2-2A+: 정답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 모두 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. B+: AB‾=2a,BC‾=32a,AC‾=10a\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=2a,\overline{\mathrm{BC}}=3\sqrt2a,\overline{\mathrm{AC}}=\sqrt{10}a를 구함. B: AB‾=2a,BC‾=32a,AC‾=10a\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=2a,\overline{\mathrm{BC}}=3\sqrt2a,\overline{\mathrm{AC}}=\sqrt{10}a 중 2개를 맞게 구함. C: 점 B, C, D의 좌표 (−a,b),(b,−a),(b+3a4,−a+3b4)\displaystyle (-a,b),(b,-a),\left(\frac{b+3a}4,\frac{-a+3b}4\right)를 구하고 b=2a\displaystyle b=2a를 구함. D: 점 B, C의 좌표 (−a,b),(b,−a)\displaystyle (-a,b),(b,-a)를 구함. E: 풀이와 관계있는 의미있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.20점
2-3A+: 정답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 모두 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. B+: l3\displaystyle l_3의 방정식 x+y−5=0\displaystyle x+y-5=0을 구하고 점 A, B, Q, P의 좌표를 구함. B: l3\displaystyle l_3의 방정식 x+y−5=0\displaystyle x+y-5=0을 구하고 점 A, B, Q의 좌표를 구함. C: l3\displaystyle l_3의 방정식 x+y−5=0\displaystyle x+y-5=0을 구함. D: ∠ABC\displaystyle \angle\mathrm{ABC}의 이등분선의 방정식 y=x+1\displaystyle y=x+1을 구함. E: 풀이와 관계있는 의미있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.25점

※ 평가 등급 기준 및 배점은 실제 논술고사에서 일부 변경될 수 있음

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.