수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

오류 제보

문제

논제 1 : 수학 (필수)

(가)그림 1과 같이 좌표공간에서 두 평면 z=a\displaystyle z=a와 z=b\displaystyle z=b 사이에 있는 입체 A\displaystyle A를 평면 z=z0\displaystyle z=z_0으로 자른 단면의 넓이가 S(z0)\displaystyle S(z_0)일 때, A\displaystyle A의 부피는VA=∫abS(z) dz\displaystyle V_A=\int_a^bS(z)\,dz이다. 그림 2에서 입체 B\displaystyle B는 그림 1의 입체 A\displaystyle A를 z\displaystyle z축 방향으로 k\displaystyle k배 늘여서 얻어진다. 입체 B\displaystyle B의 부피를 VB\displaystyle V_B라 한다.

입체 A를 z축 방향으로 k배 늘인 입체 B와 두 입체의 단면

(나)그림 3과 같이 반지름이 1인 구가 평면 α\displaystyle \alpha와 점 O\displaystyle O에서 접한다. 점 O\displaystyle O를 포함하고 평면 α\displaystyle \alpha와 수직이 아닌 평면 β\displaystyle \beta가 평면 α\displaystyle \alpha와 이루는 예각을 ϕ\displaystyle \phi라 한다.

반지름 1인 구와 접평면 α 및 구를 자르는 평면 β

(다)좌표공간에서 zx\displaystyle zx평면 위의 타원 x2+(z−2)24=1\displaystyle x^2+\frac{(z-2)^2}{4}=1을 z\displaystyle z축 둘레로 회전하여 얻어진 곡면으로 둘러싸인 입체를 C\displaystyle C라 한다. 원점을 포함하고 zx\displaystyle zx평면과 수직이 아닌 평면 γ\displaystyle \gamma가 zx\displaystyle zx평면과 이루는 예각을 θ\displaystyle \theta라 한다.

논제 1 (필수)

(a) 치환적분을 이용하여 제시문 (가)에서 VA\displaystyle V_A와 VB\displaystyle V_B의 관계식을 구하시오.

(b) 제시문 (나)에서 평면 β\displaystyle \beta에 의해 잘린 구의 두 영역 중 작은 영역의 부피 U(ϕ)\displaystyle U(\phi)를 구하시오.

(c) 제시문 (다)에서 평면 γ\displaystyle \gamma에 의해 나눠지는 C\displaystyle C의 두 영역 중 작은 영역의 부피를 W(θ)\displaystyle W(\theta)라 하자. 극한lim⁡θ→0+θaW(θ)\displaystyle \lim_{\theta\to0+}\theta^aW(\theta)가 수렴할 때, 실수 a\displaystyle a와 극한값을 구하시오.

해설강의 준비중

(a)

입체 B\displaystyle B를 평면 z=t\displaystyle z=t로 자른 단면의 넓이를 S~(t)\displaystyle \widetilde S(t)라 하면S~(t)=S(tk)\displaystyle \widetilde S(t)=S\left(\frac{t}{k}\right)이다. 따라서 입체 B\displaystyle B의 부피 VB\displaystyle V_B는VB=∫kakbS~(t) dt=∫kakbS(tk)dt\displaystyle V_B=\int_{ka}^{kb}\widetilde S(t)\,dt=\int_{ka}^{kb}S\left(\frac{t}{k}\right)dt이다. t=kz\displaystyle t=kz로 치환하면VB=k∫abS(z) dz=kVA\displaystyle V_B=k\int_a^bS(z)\,dz=kV_A이다.

(b)

단위원에서 x=cosφ 오른쪽 부분을 회전시켜 얻는 구의 작은 영역

U(ϕ)\displaystyle U(\phi)는 위 그림에서 빗금 친 영역을 x\displaystyle x축 둘레로 회전하여 얻어진 입체의 부피이다. 따라서,U(ϕ)=π∫cos⁡ϕ1(1−x2)2dx=π∫cos⁡ϕ1(1−x2) dx=π[x−13x3]cos⁡ϕ1=π(23−cos⁡ϕ+13cos⁡3ϕ).\displaystyle \begin{aligned}U(\phi)&=\pi\int_{\cos\phi}^1\left(\sqrt{1-x^2}\right)^2dx\\&=\pi\int_{\cos\phi}^1(1-x^2)\,dx\\&=\pi\Biggl[x-\frac{1}{3}x^3\Biggr]_{\cos\phi}^1\\&=\pi\left(\frac{2}{3}-\cos\phi+\frac{1}{3}\cos^3\phi\right).\end{aligned}이다.

(c)

입체 C\displaystyle C는 반지름이 1인 구를 한 방향으로 2배 늘여서 얻어진다. 따라서, (a)의 결과에 의해 C\displaystyle C의 부피는 2×43π=83π\displaystyle 2\times\frac{4}{3}\pi=\frac{8}{3}\pi이다. 또한 θ\displaystyle \theta가 0으로 갈 때, 평면 γ\displaystyle \gamma에 의해 나누어지는 C\displaystyle C의 영역 중 작은 영역의 부피 W(θ)\displaystyle W(\theta)는 C\displaystyle C의 부피의 절반으로 수렴하므로lim⁡θ→0+W(θ)=12×83π=43π\displaystyle \lim_{\theta\to0+}W(\theta)=\frac{1}{2}\times\frac{8}{3}\pi=\frac{4}{3}\pi이다. 따라서 lim⁡θ→0+θaW(θ)\displaystyle \lim_{\theta\to0+}\theta^aW(\theta)가 수렴하기 위한 필요충분조건은 a≥0\displaystyle a\ge0이다. a=0\displaystyle a=0인 경우와 a>0\displaystyle a>0인 경우로 나누어서 lim⁡θ→0+θaW(θ)\displaystyle \lim_{\theta\to0+}\theta^aW(\theta)의 극한값을 구하면 다음과 같다.(i) a=0\displaystyle a=0일 때, lim⁡θ→0+θaW(θ)=43π\displaystyle \lim_{\theta\to0+}\theta^aW(\theta)=\frac{4}{3}\pi.(ii) a>0\displaystyle a>0일 때, lim⁡θ→0+θaW(θ)=0\displaystyle \lim_{\theta\to0+}\theta^aW(\theta)=0.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.