수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
10% · 【문제1-1】 이해 ․ 해결력 ․ 제시문의 내용을 통해 피타고라스의 정리를 이용하여 직선거리를 구할 수 있는가?

(1-1) 피타고라스 정리에 의해 D(t)=x(t)2+y(t)2\displaystyle D(t)=\sqrt{x(t)^2+y(t)^2}이다.

30% · 【문제1-2】 문제해결능력 / 이해 ․ 해결력 ․ 거리와 속도 사이의 관계를 미분의 개념으로 이해하고 계산할 수 있는가? ․ 속도와 속력의 차이를 이해하고 있는가?

(1-2) 경찰차와 스포츠카는 각각 x\displaystyle x축과 y\displaystyle y축의 음의 방향으로 움직이고 있으므로,dxdt=x(t)=80(km/h)\displaystyle \frac{dx}{dt}=x^{\prime}(t)=-80(km/h)이고, dydt=y(t)=100(km/h)\displaystyle \frac{dy}{dt}=y^{\prime}(t)=-100(km/h)이다.D(t)=x(t)2+y(t)2=(x(t)2+y(t)2)12\displaystyle D(t)=\sqrt{x(t)^2+y(t)^2}=(x(t)^2+y(t)^2)^{\frac{1}{2}}의 양변을 t\displaystyle t에 관해 미분하면 연쇄법칙에 의해D(t)=12(x(t)2+y(t)2)122{x(t)x(t)+y(t)y(t)}=x(t)x(t)+y(t)y(t)x(t)2+y(t)2\displaystyle \begin{aligned}D^{\prime}(t)&=\frac{1}{2}(x(t)^2+y(t)^2)^{-\frac{1}{2}}2\{x(t)x^{\prime}(t)+y(t)y^{\prime}(t)\}\\&=\frac{x(t)x^{\prime}(t)+y(t)y^{\prime}(t)}{\sqrt{x(t)^2+y(t)^2}}\end{aligned}이다. 여기에x(t)=0.3(km)\displaystyle x(t)=0.3(km), x(t)=80(km/h)\displaystyle x^{\prime}(t)=-80(km/h), y(t)=0.4(km)\displaystyle y(t)=0.4(km), y(t)=100(km/h)\displaystyle y^{\prime}(t)=-100(km/h)을 대입하면,D(t)=(0.3)(80)+(0.4)(100)(310)2+(410)2=(64)(2)=128(km/h)\displaystyle D^{\prime}(t)=\frac{(0.3)(-80)+(0.4)(-100)}{\sqrt{\left(\frac{3}{10}\right)^2+\left(\frac{4}{10}\right)^2}}=(-64)(2)=-128(km/h)이다. 그러므로 경찰의 스피드건에 측정된 속력은 128km/h\displaystyle 128km/h이다.

30% · 【문제1-3】 문제해결능력 / 이해 ․ 해결력 ․ 거리와 속도 사이의 관계를 미분의 개념으로 이해하고 계산할 수 있는가? ․ 속도와 속력의 차이를 이해하고 있는가?

(1-3) 경찰차가 정지한 상태라면 문제 (1-2)에서 x(t)=0\displaystyle x^{\prime}(t)=0이므로,D(t)=(40)(2)=80\displaystyle D^{\prime}(t)=(-40)(2)=-80 (km/h\displaystyle km/h)이다. 그래서 이 경우에는 측정된 속력이 80km/h\displaystyle 80km/h이다.

30% · 【문제1-4】 분석적 사고력 / 통합적 사고력 ․ 수학적 모델을 이용하여 계산한 결과를 분석하여 실생활에서 올바른 속력측정이 이루어지기 위한 조건을 이끌어 낼 수 있는가?

(1-4) 정면에서 정지한 경찰차에서 달리는 스포츠카의 속력을 측정하면, 정확한 속력 100km/h\displaystyle 100km/h가 스피드건에 기록될 것이다. 문제 (1-2)에서와 같이 경찰차가 움직이는 상태에서 사선방향으로 스포츠카의 속력을 측정하면, 128km/h\displaystyle 128km/h와 같은 부정확한 값이 스피드 건에 기록된다. 한편, 문제 (1-3)과 같이 경찰차가 정지한 상태라고 하더라도 사선방향에서 스포츠카의 속력을 측정하면, 80km/h\displaystyle 80km/h와 같이 실제보다 느린 속력이 스피드건에 기록된다. 그러므로 과속을 단속할 때는 달리는 자동차의 정면에서 정지한 상태로 속력을 측정해야 정확한 값을 얻는다.

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