+3점 · 접점 P의 좌표를 a \displaystyle a a 로 표현하면 (예) P( x 1 , x 1 a ) \displaystyle \left(x_1,\dfrac{x_1}a\right) ( x 1 , a x 1 ) [1]
(1) 점 P ( x 1 , y 1 ) \displaystyle \mathrm{P} \left (x_{1},~ y_{1} \right ) P ( x 1 , y 1 ) 에서의 접선의 방정식은 x 1 x a + y 1 y = 1 \displaystyle \frac{x_{1} x}{a}+y_{1} y=1 a x 1 x + y 1 y = 1 이므로 A ( a x 1 , 0 ) \displaystyle \mathrm{A} \left (\frac{a}{x_{1}},~ 0 \right ) A ( x 1 a , 0 ) 이고 B ( 0 , 1 y 1 ) \displaystyle \mathrm{B} \left (0,~ \frac{1}{y_{1}} \right ) B ( 0 , y 1 1 ) 이다.
삼각형 O A B \displaystyle \mathrm{OAB} OAB 가 직각이등변삼각형이므로 O A ‾ = O B ‾ \displaystyle \overline{OA}=\overline{OB} O A = O B 이고
이에 따라 y 1 = x 1 a \displaystyle y_{1}=\frac{x_{1}}{a} y 1 = a x 1 이다.
+3점 · 직각이등변삼각형 조건을 이용하여 접점 P( a a + 1 , 1 a + 1 ) \displaystyle \left(\dfrac a{\sqrt{a+1}},\dfrac1{\sqrt{a+1}}\right) ( a + 1 a , a + 1 1 ) 를 얻으면 접점 P ( x 1 , x 1 a ) \displaystyle \mathrm{P} \left (x_{1},~ \frac{x_{1}}{a} \right ) P ( x 1 , a x 1 ) 는 타원의 점이므로 x 1 2 a + y 1 2 = x 1 2 a + ( x 1 a ) 2 = a + 1 a 2 x 1 2 = 1 \displaystyle \frac{x_{1}^{2}}{a}+y_{1}^{2}=\frac{x_{1}^{2}}{a}+ \left (\frac{x_{1}}{a} \right )^{2}=\frac{a+1}{a^{2}} x_{1}^{2}=1 a x 1 2 + y 1 2 = a x 1 2 + ( a x 1 ) 2 = a 2 a + 1 x 1 2 = 1 이고
제 1 \displaystyle 1 1 사분면에 있으므로 x 1 = a a + 1 \displaystyle x_{1}=\frac{a}{\sqrt {a+1}} x 1 = a + 1 a 이고 y 1 = x 1 a = 1 a + 1 \displaystyle y_{1}=\frac{x_{1}}{a}=\frac{1}{\sqrt {a+1}} y 1 = a x 1 = a + 1 1 이다.
따라서 접점 P \displaystyle \mathrm{P} P 의 좌표는 ( a a + 1 , 1 a + 1 ) \displaystyle \left (\frac{a}{\sqrt {a+1}},~ \frac{1}{\sqrt {a+1}} \right ) ( a + 1 a , a + 1 1 ) 이다.
+2점 · 두 삼각형의 넓이를 이용하여 방정식을 얻으면 (예) 1 a + 1 = 2 × a a + 1 \displaystyle \dfrac1{\sqrt{a+1}}=2\times\dfrac a{\sqrt{a+1}} a + 1 1 = 2 × a + 1 a (2) 삼각형 O A P \displaystyle \mathrm{OAP} OAP 의 넓이는 S 1 = 1 2 × O A ‾ × 1 a + 1 \displaystyle S_{1}=\frac{1}{2} \times \overline{OA} \times \frac{1}{\sqrt {a+1}} S 1 = 2 1 × O A × a + 1 1 이고
삼각형 O B P \displaystyle \mathrm{OBP} OBP 의 넓이는 S 2 = 1 2 × O B ‾ × a a + 1 \displaystyle S_{2}=\frac{1}{2} \times \overline{OB} \times \frac{a}{\sqrt {a+1}} S 2 = 2 1 × O B × a + 1 a 이다.
O A ‾ = O B ‾ \displaystyle \overline{OA}=\overline{OB} O A = O B 이고 S 1 = 2 × S 2 \displaystyle S_{1}=2 \times S_{2} S 1 = 2 × S 2 이므로 1 a + 1 = 2 × a a + 1 \displaystyle \frac{1}{\sqrt {a+1}}=2 \times \frac{a}{\sqrt {a+1}} a + 1 1 = 2 × a + 1 a 이고, a = 1 2 \displaystyle a=\frac{1}{2} a = 2 1 이다.
+2점 · 타원의 방정식 2 x 2 + y 2 = 1 \displaystyle 2x^2+y^2=1 2 x 2 + y 2 = 1 을 얻으면 따라서 타원의 방정식은 2 x 2 + y 2 = 1 \displaystyle 2 x^{2}+y^{2}=1 2 x 2 + y 2 = 1 이다.
+3점 · ∠ F Q F ′ = 90 ∘ \displaystyle \angle FQF^{\prime}=90^\circ ∠ F Q F ′ = 9 0 ∘ 을 이용하여 원의 방정식 x 2 + y 2 = 1 2 \displaystyle x^2+y^2=\dfrac12 x 2 + y 2 = 2 1 을 얻으면 (3) 타원의 두 초점을 F( 0 , c ) \displaystyle (0,c) ( 0 , c ) 와 F′( 0 , − c ) \displaystyle (0,-c) ( 0 , − c ) 라고 하면
c 2 = 1 − a = 1 2 \displaystyle c^2=1-a=\dfrac12 c 2 = 1 − a = 2 1 이므로 F( 0 , 2 2 ) \displaystyle \left(0,\dfrac{\sqrt2}2\right) ( 0 , 2 2 ) 와 F′( 0 , − 2 2 ) \displaystyle \left(0,-\dfrac{\sqrt2}2\right) ( 0 , − 2 2 ) 이다.
타원의 점 Q에 대하여 F Q → ⋅ F ′ Q → = 0 \displaystyle \overrightarrow{FQ}\cdot\overrightarrow{F^{\prime}Q}=0 F Q ⋅ F ′ Q = 0 이므로
∠ F Q F ′ = 90 ∘ \displaystyle \angle FQF^{\prime}=90^\circ ∠ F Q F ′ = 9 0 ∘ 이다.
따라서 점 Q \displaystyle \mathrm{Q} Q 는 타원의 두 초점을 지름의 양 끝점으로 하는 원 x 2 + y 2 = 1 2 \displaystyle x^{2}+y^{2}=\frac{1}{2} x 2 + y 2 = 2 1 과 타원의 교점이 된다.
+3점 · 점 Q의 좌표 ( 2 2 , 0 ) \displaystyle \left(\dfrac{\sqrt2}2,0\right) ( 2 2 , 0 ) 과 ( − 2 2 , 0 ) \displaystyle \left(-\dfrac{\sqrt2}2,0\right) ( − 2 2 , 0 ) 을 모두 얻으면 타원의 식과 원의 식을 연립하여 풀면 찾는 점 Q \displaystyle \mathrm{Q} Q 의 좌표는 ( 2 2 , 0 ) \displaystyle \left (\frac{\sqrt {2}}{2},~ 0 \right ) ( 2 2 , 0 ) 과 ( − 2 2 , 0 ) \displaystyle \left (-\frac{\sqrt {2}}{2},~ 0 \right ) ( − 2 2 , 0 ) 이다.
+5점 · A에서 B까지 가는 경우의 수 92를 얻으면 (세부기준) 일부 구간의 경우의 수만 계산하는 경우에는 비례하여 부분 점수를 부여 [2]
(1) A \displaystyle A A 에서 B \displaystyle B B 까지 가는 경우의 수는 오른쪽과 같은 5 \displaystyle 5 5 개의 지점 P , Q , R , S , T \displaystyle P,~ Q,~ R,~ S,~ T P , Q , R , S , T 을 통과하는 경우의 수의 합과 같다.
- R \displaystyle R R 지점 : 1 × 1 = 1 \displaystyle 1 \times 1=1 1 × 1 = 1 ,
- P \displaystyle P P 지점 : 5 C 1 × 5 C 4 = 5 ! 1 ! × 4 ! × 5 ! 4 ! × 1 ! = 25 \displaystyle { }_{5} \mathrm{C}_{1} \times { }_{5} \mathrm{C}_{4}=\frac{5 !}{1 ! \times 4 !} \times \frac{5 !}{4 ! \times 1 !}=25 5 C 1 × 5 C 4 = 1 ! × 4 ! 5 ! × 4 ! × 1 ! 5 ! = 25 ,
- Q \displaystyle Q Q 지점: 5 C 2 × 4 C 3 = 5 ! 2 ! × 3 ! × 4 ! 3 ! × 1 ! = 40 \displaystyle { }_{5} \mathrm{C}_{2} \times { }_{4} \mathrm{C}_{3}=\frac{5 !}{2 ! \times 3 !} \times \frac{4 !}{3 ! \times 1 !}=40 5 C 2 × 4 C 3 = 2 ! × 3 ! 5 ! × 3 ! × 1 ! 4 ! = 40 ,
- S \displaystyle S S 지점 : 5 C 4 × 5 C 1 = 5 ! 4 ! × 1 ! × 5 ! 1 ! × 4 ! = 25 \displaystyle { }_{5} \mathrm{C}_{4} \times { }_{5} \mathrm{C}_{1}=\frac{5 !}{4 ! \times 1 !} \times \frac{5 !}{1 ! \times 4 !}=25 5 C 4 × 5 C 1 = 4 ! × 1 ! 5 ! × 1 ! × 4 ! 5 ! = 25 ,
- T \displaystyle T T 지점 : 1 × 1 = 1 \displaystyle 1 \times 1=1 1 × 1 = 1
따라서 A \displaystyle A A 에서 B \displaystyle B B 까지 가는 경우의 수는 1 + 25 + 40 + 25 + 1 = 92 \displaystyle 1+25+40+25+1=92 1 + 25 + 40 + 25 + 1 = 92 이다.
+2점 · P 지점에서 만나는 경우의 수 625를 얻으면 (2) 두 사람이 자신의 출발지에서 목적지까지 가는 모든 경우의 수는 각 사람이 한 방향으로 가는 경로의 수의 곱과 같으므로 92 × 92 = 8464 \displaystyle 92 \times 92=8464 92 × 92 = 8464 이다.
또한 두 사람은 서로 반대방향에서 동시에 출발하여 같은 속력으로 이동하므로, 서로 같은 거리에 있는 P , Q , R , S , T \displaystyle P,~ Q,~ R,~ S,~ T P , Q , R , S , T 지점에서만 만날 수 있다.
두 사람이 어느 한 지점에서만나는 경우의 수는 수철이가 해당 지점을 지나서 목적지까지 가는 경우의 수에 대하여 연수가 같은 지점을 지나서 목적지까지 가는 경우의 수를 곱한 것과 같으므로 다음과 같다.
- P \displaystyle P P 지점에서만나는 경우의 수: ( 5 C 1 × 5 C 4 ) × ( 5 C 4 × 5 C 1 ) = 25 × 25 = 625 \displaystyle \left ({ }_{5} \mathrm{C}_{1} \times { }_{5} \mathrm{C}_{4} \right ) \times \left ({ }_{5} \mathrm{C}_{4} \times { }_{5} \mathrm{C}_{1} \right )=25 \times 25=625 ( 5 C 1 × 5 C 4 ) × ( 5 C 4 × 5 C 1 ) = 25 × 25 = 625
+2점 · Q 지점에서 만나는 경우의 수 1600을 얻으면 - Q \displaystyle Q Q 지점에서만나는 경우의 수: ( 5 C 2 × 4 C 3 ) × ( 4 C 3 × 5 C 2 ) = 40 × 40 = 1600 \displaystyle \left ({ }_{5} \mathrm{C}_{2} \times { }_{4} \mathrm{C}_{3} \right ) \times \left ({ }_{4} \mathrm{C}_{3} \times { }_{5} \mathrm{C}_{2} \right )=40 \times 40=1600 ( 5 C 2 × 4 C 3 ) × ( 4 C 3 × 5 C 2 ) = 40 × 40 = 1600
+3점 · P와 Q 지점에서 만나는 확률 625 8464 \displaystyle \dfrac{625}{8464} 8464 625 와 100 529 \displaystyle \dfrac{100}{529} 529 100 을 얻으면 따라서 두 사람이 각 지점에서만나고 목적지까지 가는 확률은 다음과 같다.
- P \displaystyle P P 지점에서만나는 확률 : 625 92 × 92 = 625 8464 \displaystyle \frac{625}{92 \times 92}=\frac{625}{8464} 92 × 92 625 = 8464 625
- Q \displaystyle Q Q 지점에서만나는 확률: 1600 92 × 92 = 1600 8464 = 100 529 \displaystyle \frac{1600}{92 \times 92}=\frac{1600}{8464}=\frac{100}{529} 92 × 92 1600 = 8464 1600 = 529 100
+2점 · 임의의 두 항을 이용하여 관계식을 얻으면 (예) a + b = 2 , 2 a + b = 3 \displaystyle a+b=2,~2a+b=3 a + b = 2 , 2 a + b = 3 [3]
(1) g ( n ) = a n 2 + b n \displaystyle g(n)=a n^{2}+b n g ( n ) = a n 2 + bn 이라고 하면 다음의 식을 얻는다.
{ a 1 = ( a + b ) × 1 ! = 2 → a + b = 2 a 2 = ( 4 a + 2 b ) × 2 ! = 12 → 2 a + b = 3 \displaystyle \begin{cases}a_1=(a+b)\times1!=2\quad\to a+b=2\\a_2=(4a+2b)\times2!=12\quad\to2a+b=3\end{cases} { a 1 = ( a + b ) × 1 ! = 2 → a + b = 2 a 2 = ( 4 a + 2 b ) × 2 ! = 12 → 2 a + b = 3 또는 { a 2 = ( 4 a + 2 b ) × 2 ! = 12 → 2 a + b = 3 a 3 = ( 9 a + 3 b ) × 3 ! = 72 → 9 a + 3 b = 12 \displaystyle \begin{cases}a_2=(4a+2b)\times2!=12\quad\to2a+b=3\\a_3=(9a+3b)\times3!=72\quad\to9a+3b=12\end{cases} { a 2 = ( 4 a + 2 b ) × 2 ! = 12 → 2 a + b = 3 a 3 = ( 9 a + 3 b ) × 3 ! = 72 → 9 a + 3 b = 12
+2점 · 연립 방정식을 풀어 g ( n ) = n 2 + n \displaystyle g(n)=n^2+n g ( n ) = n 2 + n 을 얻으면 두 식을 연립하여 풀면 a = 1 , b = 1 \displaystyle a=1,~ b=1 a = 1 , b = 1 이고, 따라서 g ( n ) = n 2 + n \displaystyle g(n)=n^{2}+n g ( n ) = n 2 + n 이다.
+2점 · 제시문 (i)에 따라 n = 1 \displaystyle n=1 n = 1 일 때 성립함을 보이면 (2) 모든 자연수 n \displaystyle n n 에서 다음이 성립함을 밝히자.
a n = ( n 2 + n ) × n ! \displaystyle a_n=(n^2+n)\times n! a n = ( n 2 + n ) × n ! ……①
n = 1 \displaystyle n=1 n = 1 일 때, a 1 = ( 1 2 + 1 ) × 1 ! = 2 \displaystyle a_1=(1^2+1)\times1!=2 a 1 = ( 1 2 + 1 ) × 1 ! = 2 이므로 ①이 성립한다.
+4점 · 제시문 (ii)에 따라 n = k + 1 \displaystyle n=k+1 n = k + 1 일 때 성립함을 보이면 n = k \displaystyle n=k n = k 일 때, 식 ①이 성립한다고 하자. 곧 a k = ( k 2 + k ) × k ! \displaystyle a_{k}= \left (k^{2}+k \right ) \times k! a k = ( k 2 + k ) × k ! 이라고 하자.
그러면 n = k + 1 \displaystyle n=k+1 n = k + 1 일 때 다음을 얻는다.
a k + 1 = a k + ( k 2 + 2 k + 2 ) × ( k + 1 ) ! = ( k 2 + k ) × k ! + ( k 2 + 2 k + 2 ) × ( k + 1 ) ! = k × ( k + 1 ) ! + ( k 2 + 2 k + 2 ) × ( k + 1 ) ! = ( k 2 + 3 k + 2 ) × ( k + 1 ) ! = { ( k + 1 ) 2 + ( k + 1 ) } × ( k + 1 ) ! \displaystyle \begin{aligned}a_{k+1}&=a_k+(k^2+2k+2)\times(k+1)!\\&=(k^2+k)\times k!+(k^2+2k+2)\times(k+1)!\\&=k\times(k+1)!+(k^2+2k+2)\times(k+1)!\\&=(k^2+3k+2)\times(k+1)!\\&=\{(k+1)^2+(k+1)\}\times(k+1)!\end{aligned} a k + 1 = a k + ( k 2 + 2 k + 2 ) × ( k + 1 )! = ( k 2 + k ) × k ! + ( k 2 + 2 k + 2 ) × ( k + 1 )! = k × ( k + 1 )! + ( k 2 + 2 k + 2 ) × ( k + 1 )! = ( k 2 + 3 k + 2 ) × ( k + 1 )! = {( k + 1 ) 2 + ( k + 1 )} × ( k + 1 )!
+1점 · (i)과 (ii)에 따라 모든 자연수에 대하여 성립한다고 결론 지으면 그러므로 식 ①은 n = k + 1 \displaystyle n=k+1 n = k + 1 일 때 성립한다.
따라서 식 ①은 모든 자연수 n \displaystyle n n 에서 성립한다.
+1점 · 귀류법으로 증명하기 위해 결론을 부정하여 A C ‾ ≠ 2 \displaystyle \overline{AC}\ne2 A C = 2 라고 가정하면 [4]
(1) 귀류법으로 증명하기 위하여 A C ‾ ≠ 2 \displaystyle \overline{AC} \ne 2 A C = 2 라고 가정한다.
+4점 · 삼각형에서 내각의 크기가 크면(작으면) 대변의 길이가 길다(작다)를 이용하여 증명하면 (세부기준) A C ‾ > 2 \displaystyle \overline{AC}>2 A C > 2 와 A C ‾ < 2 \displaystyle \overline{AC}<2 A C < 2 로 나누어 각각의 경우를 증명해야 하며 증명의 일부만 설명하는 경우 비례하여 부분 점수 부여 (i) A C ‾ > 2 \displaystyle \overline{AC}>2 A C > 2 라고 하자.
그러면 이등변삼각형 A B C \displaystyle \mathrm{ABC} ABC 의 세 변 중에서 A C ‾ \displaystyle \overline{AC} A C 의 길이가 가장 길기 때문에 세 내각 중에서 ∠ A B C \displaystyle \angle \mathrm{ABC} ∠ ABC 의 크기가 가장 크다. 이에 따라 ∠ B A C < 60 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{BAC}<60^{\circ } ∠ BAC < 6 0 ∘ 이다.
그리고 삼각형 A C D \displaystyle \mathrm{ACD} ACD 에서 A C ‾ > C D ‾ \displaystyle \overline{AC}>\overline{CD} A C > C D 이므로, ∠ C A D < 75 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{CAD}<75^{\circ } ∠ CAD < 7 5 ∘ 이다.
그러면 ∠ D A B = ∠ B A C + ∠ C A D < 135 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{DAB}=\angle \mathrm{BAC}+\angle \mathrm{CAD}<135^{\circ } ∠ DAB = ∠ BAC + ∠ CAD < 13 5 ∘ 이므로, 주어진 조건에 모순된다.
(ii) A C ‾ < 2 \displaystyle \overline{AC}<2 A C < 2 라고 하자.
그러면 이등변삼각형 A B C \displaystyle \mathrm{ABC} ABC 의 세 변 중에서 A C ‾ \displaystyle \overline{AC} A C 의 길이가 가장 짧기 때문에 세 내각 중에서 ∠ A B C \displaystyle \angle \mathrm{ABC} ∠ ABC 의 크기가 가장 작다. 이에 따라 ∠ B A C > 60 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{BAC}>60^{\circ } ∠ BAC > 6 0 ∘ 이다.
그리고 삼각형 A C D \displaystyle \mathrm{ACD} ACD 에서 A C ‾ < C D ‾ \displaystyle \overline{AC}<\overline{CD} A C < C D 이므로, ∠ C A D > 75 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{CAD}>75^{\circ } ∠ CAD > 7 5 ∘ 이다.
그러면 ∠ D A B = ∠ B A C + ∠ C A D > 135 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{DAB}=\angle \mathrm{BAC}+\angle \mathrm{CAD}>135^{\circ } ∠ DAB = ∠ BAC + ∠ CAD > 13 5 ∘ 이므로, 주어진 조건에 모순된다.
+1점 · 결론을 부정한 것이 모순임을 언급하며 A C ‾ = 2 \displaystyle \overline{AC}=2 A C = 2 라고 결론 지으면 따라서 (i)과 (ii)에 의해 A C ‾ = 2 \displaystyle \overline{AC}=2 A C = 2 이다.
+2점 · 삼각형 ACD가 이등변삼각형임을 언급하면 (2) (1)의 결과에 의하여 삼각형 A C D \displaystyle \mathrm{ACD} ACD 는 A C ‾ = C D ‾ = 2 \displaystyle \overline{AC}=\overline{CD}=2 A C = C D = 2 인 이등변삼각형이고 ∠ C D A = ∠ C A D = 75 ∘ \displaystyle \angle \mathrm{CDA}=\angle \mathrm{CAD}=75^{\circ } ∠ CDA = ∠ CAD = 7 5 ∘ 이다. 따라서 삼각함수의 덧셈정리에 따라 다음을 얻는다.
+3점 · 삼각함수의 성질을 이용하여 A D ‾ = 6 − 2 ( = 8 − 4 3 ) \displaystyle \overline{AD}=\sqrt6-\sqrt2~(=\sqrt{8-4\sqrt3}) A D = 6 − 2 ( = 8 − 4 3 ) 을 얻으면 A D ‾ = 2 × 2 cos 75 ∘ = 4 cos ( 45 ∘ + 30 ∘ ) = 4 cos 45 ∘ cos 30 ∘ − 4 sin 45 ∘ sin 30 ∘ = 4 × 2 2 × 3 2 − 4 × 2 2 × 1 2 = 6 − 2 \displaystyle \begin{aligned}\overline{AD}&=2\times2\cos75^\circ=4\cos(45^\circ+30^\circ)=4\cos45^\circ\cos30^\circ-4\sin45^\circ\sin30^\circ\\&=4\times\dfrac{\sqrt2}2\times\dfrac{\sqrt3}2-4\times\dfrac{\sqrt2}2\times\dfrac12=\sqrt6-\sqrt2\end{aligned} A D = 2 × 2 cos 7 5 ∘ = 4 cos ( 4 5 ∘ + 3 0 ∘ ) = 4 cos 4 5 ∘ cos 3 0 ∘ − 4 sin 4 5 ∘ sin 3 0 ∘ = 4 × 2 2 × 2 3 − 4 × 2 2 × 2 1 = 6 − 2