수리논술, 이게 다다.

자연계열 A 2번

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문제

[문항 2] 가에 근거하여 논제에 답하시오.

[가] 오른쪽 그림과 같이 삼각형 ABC\displaystyle ABC의 넓이를 S\displaystyle S라고 하면

S=12bcsin⁡A=12casin⁡B=12absin⁡C\displaystyle S=\frac12bc\sin A=\frac12ca\sin B=\frac12ab\sin C

이다.

삼각형 ABC와 세 변 a, b, c

『고등학교 수학 I』

논제 2. 시계판 위에 시침과 분침을 핀으로 고정하여 만든 원형의 아날로그 시계가 있다. 이 시계의 시침과 분침은 일정한 속도로 시계판 위를 회전하는데, 시침은 12시간마다, 분침은 1시간마다 시계판 위를 한 바퀴 회전한다. 고정핀으로부터 시침과 분침의 끝부분까지의 길이는 각각 10 cm\displaystyle 10\,\mathrm{cm}, 20 cm\displaystyle 20\,\mathrm{cm}이다.

(1) 시침을 기준으로 분침이 시계방향으로 이루는 각을 θ\displaystyle \theta라 할 때, 고정핀과 시침의 끝부분, 분침의 끝부분이 이루는 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2 이상이 되는 θ\displaystyle \theta의 범위를 0≤θ≤4π\displaystyle 0\le\theta\le4\pi에서 구하시오. [25점]

(2) 오후 1시부터 오후 6시까지 5시간 동안 시계를 관찰할 때, 고정핀과 시침의 끝부분, 분침의 끝부분이 이루는 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2 이상이 되는 총 시간은 얼마인지 설명하시오. [40점]

해설강의 준비중

삼각형의 넓이

관련 개념강의 준비중
+5점

(1) 시침과 분침이 시계방향으로 이루는 각을 θ\displaystyle \theta(0≤θ≤π\displaystyle 0\le\theta\le\pi)라 하면 삼각형의 넓이는12×10×20×sin⁡θ=100sin⁡θ  (cm2)\displaystyle \frac12\times10\times20\times\sin\theta=100\sin\theta\;(\mathrm{cm}^2)

+10점 · 그러므로 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2보다 커지려면 100sin⁡θ≥50⇒sin⁡θ≥12⇒π6≤θ≤5π6\displaystyle 100\sin\theta\ge50\Rightarrow\sin\theta\ge\frac12\Rightarrow\frac\pi6\le\theta\le\frac{5\pi}6

그러므로 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2보다 커지려면100sin⁡θ≥50  ⇒  sin⁡θ≥12  ⇒  π6≤θ≤5π6\displaystyle 100\sin\theta\ge50\;\Rightarrow\;\sin\theta\ge\frac12\;\Rightarrow\;\frac\pi6\le\theta\le\frac{5\pi}6

+10점

따라서 시침을 기준으로 분침이 시계방향으로 한 바퀴 회전하며 이루는 각을 θ\displaystyle \theta라 할 때, 0≤θ≤4π\displaystyle 0\le\theta\le4\pi 사이에 있는 θ\displaystyle \theta의 범위는π6≤θ≤5π6\displaystyle \frac\pi6\le\theta\le\frac{5\pi}6 또는 7π6≤θ≤11π6\displaystyle \frac{7\pi}6\le\theta\le\frac{11\pi}6 또는 13π6≤θ≤17π6\displaystyle \frac{13\pi}6\le\theta\le\frac{17\pi}6 또는 19π6≤θ≤23π6\displaystyle \frac{19\pi}6\le\theta\le\frac{23\pi}6 이다.

+10점 · 5시간 동안 θ\displaystyle \theta의 범위는 −π6≤θ≤9π\displaystyle -\frac\pi6\le\theta\le9\pi이다.

(2) 시침을 기준으로 분침은 1시 정각에 시계방향으로 θ=−π6\displaystyle \theta=-\frac\pi6에 위치한다고 하면, 1시부터 6시 사이에 시침과 분침의 방향이 일치할 때가 총 5번 있고, 6시 정각에 시침과 분침이 이루는 각은 π\displaystyle \pi이므로 5시간 동안 θ\displaystyle \theta의 범위는 −π6≤θ≤9π\displaystyle -\frac\pi6\le\theta\le9\pi이고, 따라서 회전한 각의 크기는 556π\displaystyle \frac{55}6\pi이다.

+15점 · 이 중에서 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2보다 큰 θ\displaystyle \theta의 크기는 9×46π=6π\displaystyle 9\times\frac46\pi=6\pi이다.

이 중에서 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2보다 큰 θ\displaystyle \theta의 크기는 9×46π=6π\displaystyle 9\times\frac46\pi=6\pi이므로

+15점 · 그러므로 삼각형의 넓이가 50 cm2\displaystyle 50\,\mathrm{cm}^2보다 큰 시간은 5×6556=3611\displaystyle 5\times\frac6{\frac{55}6}=\frac{36}{11} (시간) 이다.

5×6556=3611\displaystyle 5\times\frac6{\frac{55}6}=\frac{36}{11} (시간) 이다.

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