수리논술, 이게 다다.

자연계열 B 1번

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문제

[문항 1] 가와 나에 근거하여 논제에 답하시오.

[가] 차례로 늘어놓은 수의 열을 수열이라 하고,수열을 이루고 있는 각각의 수를 그 수열의 항이라 한다.

『고등학교 수학 I』

[나] 10\displaystyle 10을 밑으로 하는 로그를 상용로그라 하고,상용로그 log⁡10N\displaystyle \log _{10} N은 보통 밑 10\displaystyle 10을 생략하여 log⁡N\displaystyle \log N과 같이 나타낸다.

『고등학교 수학 I』

논제 1.\displaystyle 1. 어떤 질병에 걸린 환자 a(a>0)\displaystyle a(a>0)명의 집단이 있다. A\displaystyle \mathrm{A} 와 B\displaystyle \mathrm{B} 의 치료법 중 하나를 날마다 선택하여 이 집단의 모든 환자에게 일괄 적용하려 한다. 치료법 A\displaystyle \mathrm{A} 를 처음 적용할 때 남아 있는 환자의 23\displaystyle \frac{2}{3}가 다음날 질병으로부터 회복되고, 치료법 A\displaystyle \mathrm{A} 를 두 번째부터 적용하면 남아 있는 환자의 13\displaystyle \frac{1}{3}이 다음날 질병으로부터 회복된다. 치료법 B\displaystyle \mathrm{B} 를 적용하면 남아 있는 환자의 12\displaystyle \frac{1}{2}이 다음날 질병으로부터 회복된다. 치료법의 적용 비용은 환자 수와 관계없이 회당 A\displaystyle \mathrm{A} 는 10\displaystyle 10만 원이며, B\displaystyle \mathrm{B} 는 15\displaystyle 15만 원이다. 단, log⁡2=0.30,log⁡3=0.48\displaystyle \log 2=0.30, \log 3=0.48로 계산한다.

(1) 치료법을 총 n\displaystyle n번 적용했으며 이 중 A\displaystyle \mathrm{A} 를 k\displaystyle k번 적용했다. 치료법을 마지막으로 적용한 다음 날의 환자 수를 구하시오. [20점]

(2) 치료법을 모두 적용 후 남은 환자 수가 처음 환자 수의 127\displaystyle \frac{1}{27}이하가 되도록 하려고 할 때 드는 최소 비용을 구하시오. [30점]

해설강의 준비중

지수·로그부등식

관련 개념강의 준비중
+10점 · 문제에서 제시한 상황을 반영하여 각각의 경우에 대한 비율 정의

(1) 치료법을 n\displaystyle n번 적용하는 동안 A\displaystyle \mathrm{A} 를 k(0≤k≤n)\displaystyle k(0 \le k \le n)번 적용하였다면 B\displaystyle \mathrm{B} 는 n−k\displaystyle n-k번 적용되었다. A\displaystyle \mathrm{A} 를 처음 적용 후 남아 있는 환자 수는 전일 대비 13\displaystyle \frac{1}{3}이고, 2\displaystyle 2일째 이후는 전일 대비 남아 있는 환자 수는 23\displaystyle \frac{2}{3}이다. 같은 방법으로 B\displaystyle \mathrm{B} 를 적용하면 남아 있는 환자 수는 전일 대비 12\displaystyle \frac{1}{2}이다.

+5점 · 문제에서 요구하는 값을 구하기 위해 특정 치료법을 선택해 각각의 경우를 나누어 비율을 계산

n\displaystyle n번 적용 후 남아 있는 환자 수를 an\displaystyle a_{n}이라 하자. k=0\displaystyle k=0이면 B\displaystyle \mathrm{B} 만 적용하였으므로 가에 의하여 an=a(12)n\displaystyle a_{n}=a \left (\frac{1}{2} \right )^{n}이다.

+5점 · 위의 결과들을 이용해 문제에서 요구하는 값을 계산

결국 1≤k≤n\displaystyle 1 \le k \le n이면 an=a3⋅(23)k−1(12)n−k\displaystyle a_{n}=\frac{a}{3} \cdot \left (\frac{2}{3} \right )^{k-1} \left (\frac{1}{2} \right )^{n-k}이다.

+10점 · 문제에서 제시한 조건을 이용해 최소 비용 계산

(2) 주어진 조건으로부터 an≤a×3−3\displaystyle a_{n} \le a \times 3^{-3}일 때 최소 비용을 구하여야 한다. k=0\displaystyle k=0인 경우, (12)n≤(13)3\displaystyle \left (\frac{1}{2} \right )^{n} \le \left (\frac{1}{3} \right )^{3}이어야 하고 따라서 나에 의하여 −nlog⁡2≤−3log⁡3\displaystyle -n \log 2 \le -3 \log 3. 즉, n≥3log⁡3log⁡2=3×0.480.3=4.8\displaystyle n \ge \frac{3 \log 3}{ \log 2}=\frac{3 \times 0.48}{0.3}=4.8이어야 한다. n\displaystyle n은 정수이어야 하고 n=5\displaystyle n=5일 때, 최소 비용 15×5=75\displaystyle 15 \times 5=75(만원)이 발생한다.

+5점 · 앞의 결과를 이용해 각각의 경우의 수에 따른 범위 계산

k≥1\displaystyle k \ge 1인 경우, 22k−1−n3−k≤3−3\displaystyle 2^{2 k-1-n} 3^{-k} \le 3^{-3}즉, 22k−1−n≤3k−3\displaystyle 2^{2 k-1-n} \le 3^{k-3}이어야 한다. 따라서 2k−1−n≤(k−3)log⁡3log⁡2\displaystyle 2 k-1-n \le (k-3) \frac{ \log 3}{ \log 2}이고, 나에 의하여 n−2k+1≥1.6(−k+3)\displaystyle n-2 k+1 \ge 1.6(-k+3). 즉, n≥0.4k+3.8\displaystyle n \ge 0.4 k+3.8이다.

+10점 · 특정 치료법을 선택해 각 발생 횟수에 따라 비용 계산

k=1\displaystyle k=1인 경우, n≥4.2\displaystyle n \ge 4.2즉, n≥5\displaystyle n \ge 5이어야 하고, 이때 최소 비용은 15×4+10=70\displaystyle 15 \times 4+10=70만원이다. k=2\displaystyle k=2인 경우, n≥4.6\displaystyle n \ge 4.6즉, n≥5\displaystyle n \ge 5이어야 하고, 이 때 최소 비용은 15×3+10×2=65\displaystyle 15 \times 3+10 \times 2=65만원이다. k=3\displaystyle k=3인 경우, n≥5\displaystyle n \ge 5이어야 하고, 이때 최소 비용은 15×2+10×3=60\displaystyle 15 \times 2+10 \times 3=60만원이다. k=4\displaystyle k=4인 경우, n≥5.4\displaystyle n \ge 5.4즉, n≥6\displaystyle n \ge 6이어야 하고, 이때 최소 비용은 15×2+10×4=70\displaystyle 15 \times 2+10 \times 4=70만원이다. k=5\displaystyle k=5인 경우, n≥5.8\displaystyle n \ge 5.8즉, n≥6\displaystyle n \ge 6이어야 하고, 이때 최소 비용은 15×1+10×5=65\displaystyle 15 \times 1+10 \times 5=65만원이다. k=6\displaystyle k=6인 경우, n≥6.2\displaystyle n \ge 6.2즉, n≥7\displaystyle n \ge 7이어야 하고, 이때 최소 비용은 15×1+10×6=75\displaystyle 15 \times 1+10 \times 6=75만원이다. k≥7\displaystyle k \ge 7인 경우, n≥k≥7\displaystyle n \ge k \ge 7이어야 하므로 최소 비용은 10k≥70\displaystyle 10 k \ge 70만원 이상이다.

+5점 · 앞의 결과들을 이용해 문제에서 요구한 해답 제시

따라서 구하는 최소 비용은 A\displaystyle \mathrm{A} 를 3\displaystyle 3번, B\displaystyle \mathrm{B} 를 2\displaystyle 2번 적용할 때, 15×2+10×3=60\displaystyle 15 \times 2+10 \times 3=60만원이다.

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