수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

문제

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[문제 4] 정답: (1) f(π12)=232\displaystyle f^{\prime}\left(\frac\pi{12}\right)=2-\frac{\sqrt3}2 (2) 점 P와 점 Q의 x\displaystyle x좌표는 각각 1+178, 7+1716\displaystyle \frac{1+\sqrt{17}}8,\ \frac{-7+\sqrt{17}}{16}

[풀이](1) 선분 AP, 선분 AB, 호 PB로 둘러싸인 도형의 넓이를 S(t)\displaystyle S(t)라 하자.S(t)\displaystyle S(t)는 삼각형 AOP의 넓이와 부채꼴 POB의 넓이의 합이므로S(t)=1212sin(π2t)+12122t=t+12sin2t.\displaystyle S(t)=\frac12\cdot1^2\cdot\sin(\pi-2t)+\frac12\cdot1^2\cdot2t=t+\frac12\sin2t.같은 이유로 선분 AQ, 선분 AB, 호 QB로 둘러싸인 도형의 넓이는 S(2t)\displaystyle S(2t)이다. 따라서f(t)=S(2t)S(t)=t+12(sin4tsin2t)\displaystyle f(t)=S(2t)-S(t)=t+\frac12(\sin4t-\sin2t)f(t)=1+12(4cos4t2cos2t)=2cos4tcos2t+1\displaystyle f^{\prime}(t)=1+\frac12(4\cos4t-2\cos2t)=2\cos4t-\cos2t+1코사인 함수의 덧셈정리를 이용하면cos4t=cos(2t+2t)=cos22tsin22t=cos22t(1cos22t)=2cos22t1.\displaystyle \cos4t=\cos(2t+2t)=\cos^22t-\sin^22t=\cos^22t-(1-\cos^22t)=2\cos^22t-1.따라서f(t)=2(2cos22t1)cos2t+1=4cos22tcos2t1\displaystyle f^{\prime}(t)=2(2\cos^22t-1)-\cos2t+1=4\cos^22t-\cos2t-1f(π12)=4cos2π6cosπ61=4(32)2321=232\displaystyle f^{\prime}\left(\frac\pi{12}\right)=4\cos^2\frac\pi6-\cos\frac\pi6-1=4\cdot\left(\frac{\sqrt3}2\right)^2-\frac{\sqrt3}2-1=2-\frac{\sqrt3}2

(2) f(t)=0\displaystyle f^{\prime}(t)=0이면 4cos22tcos2t1=0\displaystyle 4\cos^22t-\cos2t-1=0이므로 cos2t=1±178\displaystyle \cos2t=\frac{1\pm\sqrt{17}}8이다.0<t<π4\displaystyle 0<t<\frac\pi4일 때 cos2t>0\displaystyle \cos2t>0이므로 cos2t=1+178\displaystyle \cos2t=\frac{1+\sqrt{17}}8이다.α\displaystyle \alphacos2α=1+178\displaystyle \cos2\alpha=\frac{1+\sqrt{17}}8를 만족하는 값이라 하자. (단, 0<α<π4\displaystyle 0<\alpha<\frac\pi4) 그러면 0<t<α\displaystyle 0<t<\alpha일 때 f(t)<0\displaystyle f^{\prime}(t)<0이므로Correction. 0<t<α\displaystyle 0<t<\alpha일 때는 f(t)>0\displaystyle f^{\prime}(t)>0이고, α<t<π4\displaystyle \alpha<t<\frac\pi4일 때는 f(t)<0\displaystyle f^{\prime}(t)<0이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.t=α\displaystyle t=\alpha일 때 f(t)\displaystyle f(t)가 최대가 된다.점 P의 x\displaystyle x좌표는 cos2α=1+178\displaystyle \cos2\alpha=\frac{1+\sqrt{17}}8이다.점 Q의 x\displaystyle x좌표는 cos4α=2cos2(2α)1=7+1716\displaystyle \cos4\alpha=2\cos^2(2\alpha)-1=\frac{-7+\sqrt{17}}{16}이다.

하위 문항채점 기준배점
문제 4번A+: 답과 풀이가 맞음 A: 풀이가 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음 B+: f(t)\displaystyle f^{\prime}(t)f(π12)\displaystyle f^{\prime}\left(\frac\pi{12}\right)를 바르게 구함 B: f(t)\displaystyle f(t)를 바르게 구함 C: 삼각형 APQ의 넓이 또는 부채꼴 POQ의 넓이를 바르게 계산함 D: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함 F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음30점

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