수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

제시문 3

(가) 미분가능한 두 함수 y=f(u), u=g(x)\displaystyle y=f(u),\ u=g(x)에 대하여 합성함수 y=f(g(x))\displaystyle y=f(g(x))의 도함수는dydx=dydu×dudx\displaystyle \frac{dy}{dx}=\frac{dy}{du}\times\frac{du}{dx} 또는 {f(g(x))}′=f′(g(x))g′(x)\displaystyle \{f(g(x))\}^{\prime}=f^{\prime}(g(x))g^{\prime}(x)

(나) 그림에서 사각형 ABCD의 각 변의 길이가 각각 AB‾=3, BC‾=2, CD‾=2, DA‾=1\displaystyle \overline{AB}=\sqrt3,\ \overline{BC}=2,\ \overline{CD}=2,\ \overline{DA}=1이다. ∠BAD\displaystyle \angle BAD의 크기가 θ\displaystyle \theta일 때 대각선 AC의 길이는 θ\displaystyle \theta의 함수 f(θ)\displaystyle f(\theta)이다.

사각형 ABCD의 대각선 AC의 길이 f(θ)

[문제 3] (27점)(나) 에서 미분계수 f′(π2)\displaystyle f^{\prime}\left(\frac\pi2\right)를 구하고 풀이과정을 쓰시오.

해설강의 준비중

[문제 3] (답) f′(θ)=−217\displaystyle f^{\prime}(\theta)=-\frac{\sqrt{21}}7Correction. 이 값은 f′(θ)\displaystyle f^{\prime}(\theta)가 아니라 f′(π2)\displaystyle f^{\prime}(\frac\pi2)의 값이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

(풀이)

직각삼각형 CDH를 이용한 풀이

∠ABC\displaystyle \angle ABC를 ϕ\displaystyle \phi라고 하자. 그림의 직각삼각형 CDH에서 DH‾=∣3−cos⁡θ−2cos⁡ϕ∣, CH‾=∣2sin⁡ϕ−sin⁡θ∣\displaystyle \overline{DH}=|\sqrt3-\cos\theta-2\cos\phi|,\ \overline{CH}=|2\sin\phi-\sin\theta|이므로(1) 4=(3−cos⁡θ−2cos⁡ϕ)2+(2sin⁡ϕ−sin⁡θ)2\displaystyle 4=(\sqrt3-\cos\theta-2\cos\phi)^2+(2\sin\phi-\sin\theta)^2ϕ\displaystyle \phi를 θ\displaystyle \theta의 함수로 보고 θ\displaystyle \theta에 대해 미분하면(2) 0=(3−cos⁡θ−2cos⁡ϕ)(sin⁡θ+2ϕ′sin⁡ϕ)+(2sin⁡ϕ−sin⁡θ)(2ϕ′cos⁡ϕ−cos⁡θ)\displaystyle 0=(\sqrt3-\cos\theta-2\cos\phi)(\sin\theta+2\phi^{\prime}\sin\phi)+(2\sin\phi-\sin\theta)(2\phi^{\prime}\cos\phi-\cos\theta)θ=π2\displaystyle \theta=\frac\pi2이면 ϕ=π2, f(θ)=7\displaystyle \phi=\frac\pi2,\ f(\theta)=\sqrt7이고 식 (2)는 0=3(1+2ϕ′(π2))\displaystyle 0=\sqrt3\left(1+2\phi^{\prime}\left(\frac\pi2\right)\right)이 된다.따라서, ϕ′(π2)=−12\displaystyle \phi^{\prime}\left(\frac\pi2\right)=-\frac12.코사인법칙에 따라 f(θ)2=4+3−43cos⁡ϕ\displaystyle f(\theta)^2=4+3-4\sqrt3\cos\phi.이 식을 θ\displaystyle \theta에 대해 미분하면 2f(θ)f′(θ)=43ϕ′(θ)sin⁡ϕ\displaystyle 2f(\theta)f^{\prime}(\theta)=4\sqrt3\phi^{\prime}(\theta)\sin\phi.θ=π2\displaystyle \theta=\frac\pi2일때 f′(θ)=−37=−217\displaystyle f^{\prime}(\theta)=-\frac{\sqrt3}{\sqrt7}=-\frac{\sqrt{21}}7.

하위 문항채점 기준배점
3번A+: 답과 풀이가 맞음. A: ∠ABC\displaystyle \angle ABC를 ϕ\displaystyle \phi라고 하고 ϕ′(π2)=−12\displaystyle \phi^{\prime}\left(\frac\pi2\right)=-\frac12을 구한 경우 B+: 식 (1)과 함께 (2)를 구한 경우 B: 식 (1)을 구한 경우 C: θ=π2\displaystyle \theta=\frac\pi2일 때 각 변의 길이와 각을 구한 경우 D: 풀이와 관계있는 의미있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.27점

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