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자연계열 1번

문제

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+4점 · [1](1)L\displaystyle LL2(R)\displaystyle L _{2} (\mathbb{R})의 원소이므로 L=(10l1)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ l&1\end{pmatrix}}이라고 놓자.fA(L)=LA=(10l1)(abcd)=(abal+cbl+d)\displaystyle f _{A} (L)=LA= {\begin{pmatrix}1&0\\ l&1\end{pmatrix}} {\begin{pmatrix}a&b\\ c&d\end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix}a&b\\ al+c& bl+d\end{pmatrix}}여기서 fA(L)\displaystyle f _{A} (L)U\displaystyle U의 원소이므로 행렬의 (2,1)\displaystyle (2,1)성분인 al+c\displaystyle al+c값이 0\displaystyle 0이다.따라서 l=ca\displaystyle l=- \frac{c}{a}이므로, 행렬 L=(10ca1)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ - \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}} 이다.

[1]

(1)L\displaystyle LL2(R)\displaystyle L _{2} (\mathbb{R})의 원소이므로 L=(10l1)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ l&1\end{pmatrix}}이라고 놓자.

fA(L)=LA=(10l1)(abcd)=(abal+cbl+d)\displaystyle f _{A} (L)=LA= {\begin{pmatrix}1&0\\ l&1\end{pmatrix}} {\begin{pmatrix}a&b\\ c&d\end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix}a&b\\ al+c& bl+d\end{pmatrix}}

여기서 fA(L)\displaystyle f _{A} (L)U\displaystyle U의 원소이므로 행렬의 (2,1)\displaystyle (2,1)성분인 al+c\displaystyle al+c값이 0\displaystyle 0이다.

따라서 l=ca\displaystyle l=- \frac{c}{a}이므로, 행렬 L=(10ca1)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ - \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}} 이다.

+4점 · L\displaystyle L의 역행렬은 L1=(10ca1)\displaystyle L ^{-1} = {\begin{pmatrix}1&0\\ \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}}이므로 L1L2(R)\displaystyle L ^{-1} \in L _{2} (\mathbb{R})이다.

L\displaystyle L의 역행렬은 L1=(10ca1)\displaystyle L ^{-1} = {\begin{pmatrix}1&0\\ \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}}이므로 L1L2(R)\displaystyle L ^{-1} \in L _{2} (\mathbb{R})이다.

+5점 · (2) L=(10ca1)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ - \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}}이므로 Ln=(10ca1)n=(10nca1)\displaystyle L ^{n} = {\begin{pmatrix}1&0\\ - \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}} ^{n} = {\begin{pmatrix}1&0\\ -n \frac{c}{a} &1\end{pmatrix}} 이므로 an=nca\displaystyle a _{n} =-n \frac{c}{a}이다.

(2) L=(10ca1)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ - \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}}이므로 Ln=(10ca1)n=(10nca1)\displaystyle L ^{n} = {\begin{pmatrix}1&0\\ - \frac{c}{a}& 1\end{pmatrix}} ^{n} = {\begin{pmatrix}1&0\\ -n \frac{c}{a} &1\end{pmatrix}} 이므로 an=nca\displaystyle a _{n} =-n \frac{c}{a}이다.

+5점 · 따라서 an+2an=n+2n=1+2n\displaystyle \frac{a _{n+2}}{a _{n}} = \frac{n+2}{n} =1+ \frac{2}{n}이므로 limn(an+2an)n=limn[(1+2n)n2]2=e2\displaystyle \lim _{n \to \infty } {\left ( \frac{a _{n+2}}{a _{n}} \right ) ^{n} = \lim _{n \to \infty } {\left [ \left ( 1+ \frac{2}{n} \right ) ^{\frac{n}{2}} \right ] ^{2} =e ^{2}}}

따라서 an+2an=n+2n=1+2n\displaystyle \frac{a _{n+2}}{a _{n}} = \frac{n+2}{n} =1+ \frac{2}{n}이므로 limn(an+2an)n=limn[(1+2n)n2]2=e2\displaystyle \lim _{n \to \infty } {\left ( \frac{a _{n+2}}{a _{n}} \right ) ^{n} = \lim _{n \to \infty } {\left [ \left ( 1+ \frac{2}{n} \right ) ^{\frac{n}{2}} \right ] ^{2} =e ^{2}}}

+6점 · (3) fA(L)=LA=(10l1)(1112)=(11l+1l+2)\displaystyle f _{A} (L)=LA= {\begin{pmatrix}1&0\\ l&1\end{pmatrix}} {\begin{pmatrix}1&1\\ 1&2\end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix}1&1\\ l+1 &l+2\end{pmatrix}}U2(R)\displaystyle U _{2} (\mathbb{R})의 원소가 되려면 l=1\displaystyle l=-1이므로 다음을 얻는다. L=(1011)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ -1& 1\end{pmatrix}}이고 fA(L)=(1101)\displaystyle f _{A} (L)= {\begin{pmatrix}1&1\\ 0&1\end{pmatrix}}이다.

(3) fA(L)=LA=(10l1)(1112)=(11l+1l+2)\displaystyle f _{A} (L)=LA= {\begin{pmatrix}1&0\\ l&1\end{pmatrix}} {\begin{pmatrix}1&1\\ 1&2\end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix}1&1\\ l+1 &l+2\end{pmatrix}}U2(R)\displaystyle U _{2} (\mathbb{R})의 원소가 되려면 l=1\displaystyle l=-1이므로 다음을 얻는다.

L=(1011)\displaystyle L= {\begin{pmatrix}1&0\\ -1& 1\end{pmatrix}}이고 fA(L)=(1101)\displaystyle f _{A} (L)= {\begin{pmatrix}1&1\\ 0&1\end{pmatrix}}이다.

+7점 · 주어진 일차 변환은 (xy)=(1101)(xy)\displaystyle {\begin{pmatrix}x^{\prime}\\ y^{\prime}\end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix}1&1\\ 0&1\end{pmatrix}} {\begin{pmatrix}x\\ y\end{pmatrix}}이므로 x=x+y,y=y\displaystyle x^{\prime}=x+y, y^{\prime}=y이다. 이 관계를 주어진 y=g(x)\displaystyle y=g(x)에 대입하여 옮겨진 곡선의 방정식을 얻으면 y=(xy+1)(xy+2)(xy+3)\displaystyle y^{\prime}=(x^{\prime}-y^{\prime}+1)(x^{\prime}-y^{\prime}+2)(x^{\prime}-y^{\prime}+3)이다. 이 곡선의 x\displaystyle x축과의 교점을 구하기 위하여 y=0\displaystyle y^{\prime}=0을 대입하면 x=1,2,3\displaystyle x^{\prime}=-1,-2,-3을 얻는다.

주어진 일차 변환은 (xy)=(1101)(xy)\displaystyle {\begin{pmatrix}x^{\prime}\\ y^{\prime}\end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix}1&1\\ 0&1\end{pmatrix}} {\begin{pmatrix}x\\ y\end{pmatrix}}이므로 x=x+y,y=y\displaystyle x^{\prime}=x+y, y^{\prime}=y이다. 이 관계를 주어진 y=g(x)\displaystyle y=g(x)에 대입하여 옮겨진 곡선의 방정식을 얻으면 y=(xy+1)(xy+2)(xy+3)\displaystyle y^{\prime}=(x^{\prime}-y^{\prime}+1)(x^{\prime}-y^{\prime}+2)(x^{\prime}-y^{\prime}+3)이다. 이 곡선의 x\displaystyle x축과의 교점을 구하기 위하여 y=0\displaystyle y^{\prime}=0을 대입하면 x=1,2,3\displaystyle x^{\prime}=-1,-2,-3을 얻는다.

+2점 · [2]행렬 D=(αβγδ)\displaystyle D= {\begin{pmatrix}\alpha &\beta \\ \gamma &\delta \end{pmatrix}}의 역행렬이 존재하지 않을 경우에 다음이 성립한다.αδβγ=0\displaystyle \alpha \delta - \beta \gamma =0

[2]

행렬 D=(αβγδ)\displaystyle D= {\begin{pmatrix}\alpha &\beta \\ \gamma &\delta \end{pmatrix}}의 역행렬이 존재하지 않을 경우에 다음이 성립한다.

αδβγ=0\displaystyle \alpha \delta - \beta \gamma =0

+5점 · 이 때 α,β,γ,δN1\displaystyle \alpha , \beta , \gamma , \delta \in N _{1}, 즉 γ0,δ0\displaystyle \gamma \ne 0, \delta \ne 0이므로 αγ=βδ\displaystyle \frac{\alpha }{\gamma } = \frac{\beta }{\delta }이다. 여기서 αγ=βδ=k\displaystyle \frac{\alpha }{\gamma } = \frac{\beta }{\delta } =k라 놓으면 k\displaystyle k는 양수이고 α=γk,β=δk\displaystyle \alpha = \gamma k, \beta = \delta k이다.주어진 행렬의 성분에 대한 조건에서 γδ\displaystyle \gamma \ne \delta이어야 하고, 또한 다음을 얻는다.α2β2γ2δ2=γ2k2δ2k2γ2δ2=k2=9\displaystyle \frac{\alpha ^{2} -\beta ^{2}}{\gamma ^{2} -\delta ^{2}} = \frac{\gamma ^{2} k ^{2} -\delta ^{2} k ^{2}}{\gamma ^{2} -\delta ^{2}} =k ^{2} =9따라서 k=3\displaystyle k=3이고, α=3γ\displaystyle \alpha =3\gamma, β=3δ\displaystyle \beta =3\delta이다. 그러므로 구하는 행렬은 다음과 같은 형태이다.D=(3γ3δγδ)\displaystyle D= {\begin{pmatrix}3\gamma &3\delta \\ \gamma &\delta \end{pmatrix}}, γδ\displaystyle \gamma \ne \delta, α,β,γ,δN1\displaystyle \alpha , \beta , \gamma , \delta \in N _{1}

이 때 α,β,γ,δN1\displaystyle \alpha , \beta , \gamma , \delta \in N _{1}, 즉 γ0,δ0\displaystyle \gamma \ne 0, \delta \ne 0이므로 αγ=βδ\displaystyle \frac{\alpha }{\gamma } = \frac{\beta }{\delta }이다. 여기서 αγ=βδ=k\displaystyle \frac{\alpha }{\gamma } = \frac{\beta }{\delta } =k라 놓으면 k\displaystyle k는 양수이고 α=γk,β=δk\displaystyle \alpha = \gamma k, \beta = \delta k이다.

주어진 행렬의 성분에 대한 조건에서 γδ\displaystyle \gamma \ne \delta이어야 하고, 또한 다음을 얻는다.

α2β2γ2δ2=γ2k2δ2k2γ2δ2=k2=9\displaystyle \frac{\alpha ^{2} -\beta ^{2}}{\gamma ^{2} -\delta ^{2}} = \frac{\gamma ^{2} k ^{2} -\delta ^{2} k ^{2}}{\gamma ^{2} -\delta ^{2}} =k ^{2} =9

따라서 k=3\displaystyle k=3이고, α=3γ\displaystyle \alpha =3\gamma, β=3δ\displaystyle \beta =3\delta이다. 그러므로 구하는 행렬은 다음과 같은 형태이다.

D=(3γ3δγδ)\displaystyle D= {\begin{pmatrix}3\gamma &3\delta \\ \gamma &\delta \end{pmatrix}}, γδ\displaystyle \gamma \ne \delta, α,β,γ,δN1\displaystyle \alpha , \beta , \gamma , \delta \in N _{1}

+5점 · N1={1,2,3,4,6,8,12,24}\displaystyle N_1=\{1,2,3,4,6,8,12,24\}이므로 구하는 행렬 D\displaystyle D는 다음과 같이 12가지이다.(3612),(31214),(32418),(6321),(61224),(62428),(12341),(12642),(122448),(24381),(24682),(241284)\displaystyle {\begin{pmatrix}3&6\\ 1& 2\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}3 &12\\ 1&4\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}3& 24\\ 1&8\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}6 &3\\ 2&1\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}6 &12\\ 2&4\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}6 &24\\ 2&8\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}12 &3\\ 4&1\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}12 &6\\ 4&2\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}12& 24\\ 4&8\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}24& 3\\ 8& 1\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}24 &6\\ 8&2\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}24 &12 \\ 8&4\end{pmatrix}}빠진 것이 있을 경우, 비율에 따라 부분점수 부여

N1={1,2,3,4,6,8,12,24}\displaystyle N_1=\{1,2,3,4,6,8,12,24\}이므로 구하는 행렬 D\displaystyle D는 다음과 같이 12가지이다.

(3612),(31214),(32418),(6321),(61224),(62428),(12341),(12642),(122448),(24381),(24682),(241284)\displaystyle {\begin{pmatrix}3&6\\ 1& 2\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}3 &12\\ 1&4\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}3& 24\\ 1&8\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}6 &3\\ 2&1\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}6 &12\\ 2&4\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}6 &24\\ 2&8\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}12 &3\\ 4&1\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}12 &6\\ 4&2\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}12& 24\\ 4&8\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}24& 3\\ 8& 1\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}24 &6\\ 8&2\end{pmatrix}} , {\begin{pmatrix}24 &12 \\ 8&4\end{pmatrix}}

+7점 · [3]함수 f\displaystyle f의 역함수가 존재하므로 f\displaystyle f는 일대일대응이다.N2={1,2,4,8}\displaystyle N_2=\{1,2,4,8\}, f(1)=f1(1)\displaystyle f(1)=f^{-1}(1)1) f(1)=f1(1)=1\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=1인 경우집합 {2,4,8}에서 집합 {2,4,8}로의 일대일대응의 개수는 3×2×1=6\displaystyle 3 \times 2 \times 1=62) f(1)=f1(1)=2\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=2인 경우f(1)=2\displaystyle f(1)=2이고, f(2)=1\displaystyle f(2)=1이므로 집합 {4,8}에서 집합 {4,8}로의 일대일대응의 개수는 2×1=2\displaystyle 2 \times 1=23) f(1)=f1(1)=4\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=4인 경우f(1)=4\displaystyle f(1)=4이고, f(4)=1\displaystyle f(4)=1이므로 집합 {2,8}에서 집합 {2,8}로의 일대일대응의 개수는 2×1=2\displaystyle 2 \times 1=24) f(1)=f1(1)=8\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=8인 경우f(1)=8\displaystyle f(1)=8이고 f(8)=1\displaystyle f(8)=1이므로 집합 {2,4}에서 집합 {2,4}로의 일대일대응의 개수는 2×1=2\displaystyle 2 \times 1=2즉, 함수 f\displaystyle f의 개수는 6+2+2+2=12\displaystyle 6+2+2+2=12답안의 완성도에 따라 부분점수 부여. 단, 답만 쓴 경우는 0점 처리

[3]

함수 f\displaystyle f의 역함수가 존재하므로 f\displaystyle f는 일대일대응이다.

N2={1,2,4,8}\displaystyle N_2=\{1,2,4,8\}, f(1)=f1(1)\displaystyle f(1)=f^{-1}(1)

1) f(1)=f1(1)=1\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=1인 경우

집합 {2,4,8}에서 집합 {2,4,8}로의 일대일대응의 개수는 3×2×1=6\displaystyle 3 \times 2 \times 1=6

2) f(1)=f1(1)=2\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=2인 경우

f(1)=2\displaystyle f(1)=2이고, f(2)=1\displaystyle f(2)=1이므로 집합 {4,8}에서 집합 {4,8}로의 일대일대응의 개수는 2×1=2\displaystyle 2 \times 1=2

3) f(1)=f1(1)=4\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=4인 경우

f(1)=4\displaystyle f(1)=4이고, f(4)=1\displaystyle f(4)=1이므로 집합 {2,8}에서 집합 {2,8}로의 일대일대응의 개수는 2×1=2\displaystyle 2 \times 1=2

4) f(1)=f1(1)=8\displaystyle f(1)=f ^{-1} (1)=8인 경우

f(1)=8\displaystyle f(1)=8이고 f(8)=1\displaystyle f(8)=1이므로 집합 {2,4}에서 집합 {2,4}로의 일대일대응의 개수는 2×1=2\displaystyle 2 \times 1=2

즉, 함수 f\displaystyle f의 개수는 6+2+2+2=12\displaystyle 6+2+2+2=12

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