수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1] (50점) 다음 제시문을 읽고 문항별로 풀이와 함께 답하시오.

1. 모든 정수의 집합을 Z\displaystyle \mathbb{Z}, 모든 유리수의 집합을 Q\displaystyle \mathbb{Q}, 모든 실수의 집합을 R\displaystyle \mathbb{R}로 나타낸다.

2. 원소가 유한개인 집합을 유한집합이라고 한다.

3. 내용이 참인지 거짓인지를 분명히 판별할 수 있는 문장이나 식을 명제라고 한다.

4. p, q\displaystyle p,~q가 문장이나 식일 때 ‘p\displaystyle p이면 q\displaystyle q이다.’ 꼴의 명제에서 p\displaystyle p를 가정, q\displaystyle q를 결론이라 하고, 명제 ‘p\displaystyle p이면 q\displaystyle q이다.’를 기호 p→q\displaystyle p \to q로 나타낸다.

5. 변수를 포함하는 문장이나 식이 변수의 값에 따라 참, 거짓이 정해질 때, 그 문장이나 식을 조건이라고 한다.

6. 함수 f:X→Y\displaystyle f : X \to Y에서 정의역 X\displaystyle X의 원소 x1\displaystyle x_{1}, x2\displaystyle x_{2}에 대하여 x1≠x2\displaystyle x_{1}\ne x_{2}이면 f(x1)≠f(x2)\displaystyle f(x_{1} )\ne f(x_{2} )가 성립할 때, 이 함수 f\displaystyle f를 일대일함수라고 한다.

[1] 두 집합 A={t, 3}\displaystyle A = \left\{t,~ 3 \right\}, B={t+1, 2t2−t−4}\displaystyle B= \left\{t+1 ,~ 2t^{2} -t -4 \right\}에 대하여 A=B\displaystyle A=B를 만족시키는 상수 t\displaystyle t의 값을 구하시오. [8점]

[2] 다음 두 조건을 만족시키는 유한집합 A\displaystyle A를 모두 구하시오. [16점]

(ⅰ) A⊂Z\displaystyle A \subset \mathbb{Z}이고 A≠∅\displaystyle A\ne \varnothing

(ⅱ) a∈A\displaystyle a \in A →\displaystyle \to a2∈A\displaystyle a^{2} \in A

[3] 집합 X={1, 2, 3}\displaystyle X= \left\{1,~2,~ 3 \right\}에 대하여 다음 물음에 답하시오.

(1) 집합 X\displaystyle X에서 X\displaystyle X로의 일대일함수의 개수를 구하시오. [7점]

(2) 함수 f:X→X\displaystyle f : X \to X가 일대일함수이고 조건 f(1)=3\displaystyle f(1)=3과 f(2)=1\displaystyle f(2)=1을 만족시킬 때, (f−1∘f−1)(2)\displaystyle (f^{-1}\circ f^{-1} )(2)를 구하시오. [6점]

(3) 함수 g:X→X\displaystyle g : X \to X는 일대일함수이고 g(1)=a\displaystyle g(1)=a, g(2)=b\displaystyle g(2)=b, g(3)=c\displaystyle g(3)=c이다. 함수 h:R→R\displaystyle h : \mathbb{R} \to \mathbb{R}, h(x)=ax2+bx+c\displaystyle h(x)= ax^{2} +bx+c의 그래프가 x\displaystyle x축과 서로 다른 두 점에서 만날 때 b−ac\displaystyle b-ac의 값을 구하시오. [13점]

해설강의 준비중
+4점 · t=2t2−t−4\displaystyle t=2t^2-t-4인 이유를 설명했으면

[1] t≠t+1\displaystyle t\ne t+1이므로 t=2t2−t−4\displaystyle t=2t^2-t-4이다.

+4점 · t=2\displaystyle t=2를 구했으면

따라서 t=−1\displaystyle t=-1 또는 t=2\displaystyle t=2이다. t=−1\displaystyle t=-1이면 3=t+1\displaystyle 3=t+1를 만족하지 않으므로 t=2\displaystyle t=2이다. 또한 t=2\displaystyle t=2는 3=t+1\displaystyle 3=t+1를 만족시킨다. 그러므로 t=2\displaystyle t=2이다.

+8점 · A⊂{−1,0,1}\displaystyle A\subset\{-1,0,1\}인 이유를 설명했으면

[2] a∈A\displaystyle a\in A이라고 하자. 만일 a∉{−1,0,1}\displaystyle a\notin\{-1,0,1\}이면 모든 자연수 n\displaystyle n에 대하여 a2n−1∈A\displaystyle a^{2^{n-1}}\in A이고 a2n−a2n−1=a2n−1(a2n−1−1)>0\displaystyle a^{2^n}-a^{2^{n-1}}=a^{2^{n-1}}(a^{2^{n-1}}-1)>0이므로 a2n−1<a2n\displaystyle a^{2^{n-1}}<a^{2^n}이다. 따라서 A\displaystyle A가 유한집합이므로 가정에 모순이다. 그러므로 A⊂{−1,0,1}\displaystyle A\subset\{-1,0,1\}이다.

+8점 · A={0}, A={1}, A={0,1}, A={−1,1}, A={−1,0,1}\displaystyle A=\{0\},~A=\{1\},~A=\{0,1\},~A=\{-1,1\},~A=\{-1,0,1\}임을 구했으면 (각각의 경우에 2점씩 감점)

그런데 집합 {−1,0,1}\displaystyle \{-1,0,1\}의 부분집합은 모두 8개이고 그 중 ∅, {−1}, {−1,0}\displaystyle \varnothing,~\{-1\},~\{-1,0\} 등 3가지 경우는 주어진 조건을 만족시키지 않으므로 이 경우들을 제외한 다음과 같은 5가지의 경우가 주어진 명제를 만족시키는 집합 A\displaystyle A이다.

A={0}, A={1}, A={0,1}, A={−1,1}, A={−1,0,1}\displaystyle A=\{0\},~A=\{1\},~A=\{0,1\},~A=\{-1,1\},~A=\{-1,0,1\}

+4점 · f(1)=1\displaystyle f(1)=1일 때 2가지, f(1)=2\displaystyle f(1)=2일 때 2가지, f(1)=3\displaystyle f(1)=3일 때 2가지임을 설명했으면 (세 경우 모두 설명하지 않았으면 한 경우에 1점씩 감점)

[3] (1) 함수 f:X→X\displaystyle f:X\to X가 일대일함수이면

(i) f(1)=1\displaystyle f(1)=1일 때 f(2)=2\displaystyle f(2)=2 또는 f(2)=3\displaystyle f(2)=3이고 각각의 경우에 f(3)\displaystyle f(3)는 유일하게 결정되므로 2가지 존재한다.

(ii) f(1)=2\displaystyle f(1)=2일 때 f(2)=1\displaystyle f(2)=1 또는 f(2)=3\displaystyle f(2)=3이고 각각의 경우에 f(3)\displaystyle f(3)는 유일하게 결정되므로 2가지 존재한다.

(iii) f(1)=3\displaystyle f(1)=3일 때 f(2)=1\displaystyle f(2)=1 또는 f(2)=2\displaystyle f(2)=2이고 각각의 경우에 f(3)\displaystyle f(3)는 유일하게 결정되므로 2가지 존재한다.

+3점 · 개수만(6개) 구했으면

그러므로 집합 X\displaystyle X에서 X\displaystyle X로의 일대일함수는 모두 6개 존재한다.

+3점 · f−1(2)=3\displaystyle f^{-1}(2)=3이고 f−1(3)=1\displaystyle f^{-1}(3)=1을 구했으면 (한 경우만 구했으면 1점 감점)

(2) f(1)=3\displaystyle f(1)=3이고 f(2)=1\displaystyle f(2)=1이므로 f(3)=2\displaystyle f(3)=2이다. 따라서 f−1(2)=3\displaystyle f^{-1}(2)=3이고 f−1(3)=1\displaystyle f^{-1}(3)=1이다. 그러므로

+3점 · (f−1∘f−1)(2)=1\displaystyle (f^{-1}\circ f^{-1})(2)=1을 구했으면

(f−1∘f−1)(2)=f−1(f−1(2))=f−1(3)=1\displaystyle (f^{-1}\circ f^{-1})(2)=f^{-1}(f^{-1}(2))=f^{-1}(3)=1

이다. 따라서 (f−1∘f−1)(2)=1\displaystyle (f^{-1}\circ f^{-1})(2)=1이다.

+4점 · b2−4ac>0\displaystyle b^2-4ac>0인 이유를 설명했으면

(3) 함수 h(x)=ax2+bx+c\displaystyle h(x)=ax^2+bx+c의 그래프가 x\displaystyle x축과 서로 다른 두 점에서 만나므로 b2−4ac>0\displaystyle b^2-4ac>0이다.

+6점 · a=1,b=3,c=2\displaystyle a=1,b=3,c=2 또는 a=2,b=3,c=1\displaystyle a=2,b=3,c=1을 구했으면 (한 경우만 구했으면 3점 감점)

그런데 a,b,c\displaystyle a,b,c는 각각 1 또는 2 또는 3이므로 이 부등식을 만족시키는 a,b,c\displaystyle a,b,c의 값은 다음과 같다.

a=1, b=3, c=2\displaystyle a=1,~b=3,~c=2 또는 a=2, b=3, c=1\displaystyle a=2,~b=3,~c=1

+3점 · b−ac=1\displaystyle b-ac=1을 구했으면

두 가지 경우 모두 b=3, ac=2\displaystyle b=3,~ac=2이므로 b−ac=1\displaystyle b-ac=1이다.

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