수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

의학계 1번

문제

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해설강의 준비중
+3점 · 피타고라스 정리

1-1. (10점)

두 벡터로 만든 삼각형과 수선의 길이

먼저, α\displaystyle \alpha = a\displaystyle | {\overrightarrow{a}} |, β=b\displaystyle \beta = | {\overrightarrow{b}} |, γ=ab\displaystyle \gamma = | {\overrightarrow{a}} - {\overrightarrow{b}} | 라 두자. 삼각형 \triangleOAB\displaystyle \triangleOAB의 꼭지점 A\displaystyle A에서 밑변 위로 수선을 내렸을 때, 만나는 점을 C 라 두고 그 수선의 길이를 d 라고 하자. 그리고 q=acosθ\displaystyle q = | {\overrightarrow{a}} | \cos \theta라 두자. 그러면, 피타고라스 정리에 의하여,α2=q2+d2=q2+γ2(βq)2=q2+γ2β2+2βqq2=γ2β2+2βq\displaystyle \alpha^{2} = q^{2} + d^{2} = q^{2} + \gamma^{2} - ( \beta - q )^{2} = q^{2} + \gamma^{2} - \beta^{2} + 2 \beta q - q^{2} = \gamma^{2} - \beta^{2} + 2 \beta q

+3점 · 벡터의 크기

이고, 벡터의 크기에 의하여α2=a12+a22,β2=b12+b22\displaystyle \alpha^{2} = a_{1}^{2} + a_{2}^{2} , \beta^{2} = b_{1}^{2} + b_{2}^{2}γ2=(a1b1)2+(a2b2)2=a12+a22+b12+b222(a1b1+a2b2)=α2+β22(a1b1+a2b2).\displaystyle \gamma^{2} = ( a_{1} - b_{1} )^{2} + ( a_{2} - b_{2} )^{2} = a_{1}^{2} + a_{2}^{2} + b_{1}^{2} + b_{2}^{2} - 2 ( a_{1} b_{1} + a_{2} b_{2} ) = \alpha^{2} + \beta^{2} - 2 ( a_{1} b_{1} + a_{2} b_{2} ) .

+4점 · 내적

위의 식들에 의하여, abcosθ=βq\displaystyle | {\overrightarrow{a}} | | {\overrightarrow{b}} | \cos \theta = \beta q =a1b1+a2b2\displaystyle = a_{1} b_{1} + a_{2} b_{2} 이다.

+2점 · 1-1에 의한 코사인

1-2. (10점) 1-1에 의하여 cosθ=abab\displaystyle \cos \theta = \frac{{{\overrightarrow{a}} \bullet {\overrightarrow{b}}}}{| {\overrightarrow{a}} | | {\overrightarrow{b}} |} 이다.

+3점 · 삼각형의 넓이

또 삼각형 \triangleOAB\displaystyle \triangleOAB의 넓이는 S=12absinθ\displaystyle S = \frac{{1}}{2} | {\overrightarrow{a}} | | {\overrightarrow{b}} | \sin \theta이다.

+5점 · 넓이 식 정리

그러므로S=12ab1(abab)2=12(ab)2(ab)2=12(a12+a22)(b12+b22)(a1b1+a2b2)2=12a12b22+a22b122a1b1a2b2=12(a1b2a2b1)2=12a1b2a2b1\displaystyle \begin{aligned}S &= \frac{{1}}{2} | {\overrightarrow{a}} | | {\overrightarrow{b}} | \sqrt{1 - \left( \frac{{{\overrightarrow{a}} \bullet {\overrightarrow{b}}}}{| {\overrightarrow{a}} | | {\overrightarrow{b}} |} \right)^{2}} = \frac{{1}}{2} \sqrt{( | {\overrightarrow{a}} | | {\overrightarrow{b}} | )^{2} - ( {\overrightarrow{a}} \bullet {\overrightarrow{b}} )^{2}} = \frac{{1}}{2} \sqrt{( a_{1}^{2} + a_{2}^{2} ) ( b_{1}^{2} + b_{2}^{2} ) - ( a_{1} b_{1} + a_{2} b_{2} )^{2}} \\ &= \frac{{1}}{2} \sqrt{a_{1}^{2} b_{2}^{2} + a_{2}^{2} b_{1}^{2} - 2 a_{1} b_{1} a_{2} b_{2}} = \frac{{1}}{2} \sqrt{( a_{1} b_{2} - a_{2} b_{1} )^{2}} = \frac{{1}}{2} | a_{1} b_{2} - a_{2} b_{1} |\end{aligned}이다.

+3점 · 정다각형의 꼭지점

1-3. (10점) 중심이 원점O\displaystyle O(0,0)이며 반경이 r\displaystyle r인 원의 원주 위에 놓여 있는 n\displaystyle n개의 점 Ak=(rcos2kπn,rsin2kπn)\displaystyle A_{k} = ( r \cos \frac{{2 k \pi}}{n} , r \sin \frac{{2 k \pi}}{n} )(k=0,1,...,n1)\displaystyle ( k = 0 , 1 , . . . , n - 1 )을 꼭지점으로 가지는 정n\displaystyle n각형을 생각하자. 그리하면,A0=(r,0),A1=(rcos2πn,rsin2πn)\displaystyle A_{0} = ( r , 0 ) , A_{1} = ( r \cos \frac{{2 \pi}}{n} , r \sin \frac{{2 \pi}}{n} ) 이다.

+4점 · 정다각형의 넓이

Sn\displaystyle S_{n}은 삼각형 \triangleOA0A1\displaystyle \triangleOA_{0} A_{1}의 넓이의 n\displaystyle n배이므로, 1-2에 의하여Sn=nOA0A1=n12rrsin2πn+0rcos2πn=nr22sin2πn\displaystyle S_{n} = n \cdot \triangle OA_{0} A_{1} = n \cdot \frac{{1}}{2} | r \cdot r \sin \frac{{2 \pi}}{n} + 0 \cdot r \cos \frac{{2 \pi}}{n} | = \frac{{n r^{2}}}{2} \sin \frac{{2 \pi}}{n}

+3점 · 넓이의 극한

이다. 그러므로limnSn=limnnr22sin2πn=πr2limnsin2πn2πn=πr21=πr2\displaystyle \lim_{n \to \infty} {S_{n} = \lim_{n \to \infty} {\frac{{n r^{2}}}{2} \sin \frac{{2 \pi}}{n} = \pi r^{2} \cdot \lim_{n \to \infty} {\frac{{\sin \frac{{2 \pi}}{n}}}{\frac{{2 \pi}}{n}} = \pi r^{2} \cdot 1 = \pi r^{2}}}}

(모범답안과 다른 방법으로 논술한 합당한 답안도 모두 인정한다)

첨삭 사례

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