(3-1) t = π 4 \displaystyle t=\frac\pi4 t = 4 π 일 때, 그림자의 길이는 반지름 1의 반원에 의해서 결정된다. x \displaystyle x x 축과 π 4 \displaystyle \frac\pi4 4 π 의 각을 이루면서 반지름 1의 반원에 접하는 직선의 x \displaystyle x x -절편은 1 − 2 \displaystyle 1-\sqrt2 1 − 2 이므로 그림자의 길이는
50점 · 답 2 − 1 \displaystyle \sqrt2-1 2 − 1 을 찾으면 g ( π 4 ) = 2 − 1 \displaystyle g\left(\frac\pi4\right)=\sqrt2-1 g ( 4 π ) = 2 − 1 이다.
(3-2) 두 반원에 공통으로 접하는 직선이 x \displaystyle x x 축과 이루는 각은 t = π 6 \displaystyle t=\frac\pi6 t = 6 π 이다. 0 < t < π 6 \displaystyle 0<t<\frac\pi6 0 < t < 6 π 에서 그림자의 길이는 반지름 3의 반원에 의하여 결정되고, π 6 < t < π 2 \displaystyle \frac\pi6<t<\frac\pi2 6 π < t < 2 π 에서 그림자의 길이는 반지름 1의 반원에 의하여 결정된다. 따라서 함수 g ( t ) \displaystyle g(t) g ( t ) 는 다음과 같이 정의된다.
+30점 · g ( t ) = { 3 sin t − 5 ( 0 < t ≤ π 6 ) 1 sin t − 1 ( π 6 < t < π 2 ) \displaystyle g(t)=\begin{cases}\frac3{\sin t}-5&\left(0<t\le\frac\pi6\right)\\\frac1{\sin t}-1&\left(\frac\pi6<t<\frac\pi2\right)\end{cases} g ( t ) = { s i n t 3 − 5 s i n t 1 − 1 ( 0 < t ≤ 6 π ) ( 6 π < t < 2 π ) 를 기술하면 g ( t ) = { 3 sin t − 5 ( 0 < t ≤ π 6 ) 1 sin t − 1 ( π 6 < t < π 2 ) \displaystyle g(t)=\begin{cases}\frac3{\sin t}-5&\left(0<t\le\frac\pi6\right)\\\frac1{\sin t}-1&\left(\frac\pi6<t<\frac\pi2\right)\end{cases} g ( t ) = { s i n t 3 − 5 s i n t 1 − 1 ( 0 < t ≤ 6 π ) ( 6 π < t < 2 π )
+20점 · lim t → π / 6 + 0 g ( t ) − 1 t − π / 6 = − 2 3 \displaystyle \lim_{t\to\pi/6+0}\frac{g(t)-1}{t-\pi/6}=-2\sqrt3 t → π /6 + 0 lim t − π /6 g ( t ) − 1 = − 2 3 , lim t → π / 6 − 0 g ( t ) − 1 t − π / 6 = − 6 3 \displaystyle \lim_{t\to\pi/6-0}\frac{g(t)-1}{t-\pi/6}=-6\sqrt3 t → π /6 − 0 lim t − π /6 g ( t ) − 1 = − 6 3 를 계산하고 t = π 6 \displaystyle t=\frac\pi6 t = 6 π 에 미분이 안된다고 하면 또한 t = π 6 \displaystyle t=\frac\pi6 t = 6 π 에서 lim t → π / 6 + 0 g ( t ) − 1 t − π / 6 = − 2 3 \displaystyle \lim_{t\to\pi/6+0}\frac{g(t)-1}{t-\pi/6}=-2\sqrt3 t → π /6 + 0 lim t − π /6 g ( t ) − 1 = − 2 3 , lim t → π / 6 − 0 g ( t ) − 1 t − π / 6 = − 6 3 \displaystyle \lim_{t\to\pi/6-0}\frac{g(t)-1}{t-\pi/6}=-6\sqrt3 t → π /6 − 0 lim t − π /6 g ( t ) − 1 = − 6 3 가 되므로 t = π 6 \displaystyle t=\frac\pi6 t = 6 π 에 미분이 불가능하다.
(3-3) 그림자의 길이는 t \displaystyle t t 가 커질수록 짧아지며, t = π 6 \displaystyle t=\frac\pi6 t = 6 π 일 때 그림자의 길이는 1이다. 따라서 s ≥ 1 \displaystyle s\ge1 s ≥ 1 에 대하여 s = g ( h ( s ) ) = 3 sin h ( s ) − 5 \displaystyle s=g(h(s))=\frac3{\sin h(s)}-5 s = g ( h ( s )) = sin h ( s ) 3 − 5 가 성립한다. 양변을 s \displaystyle s s 로 미분하면 다음을 얻는다.
1 = − 3 cos h ( s ) sin 2 h ( s ) h ′ ( s ) . \displaystyle 1=-\frac{3\cos h(s)}{\sin^2h(s)}h\prime(s). 1 = − sin 2 h ( s ) 3 cos h ( s ) h ′ ( s ) .
이제 4 = 3 sin ( h ( 4 ) ) − 5 \displaystyle 4=\frac3{\sin(h(4))}-5 4 = sin ( h ( 4 )) 3 − 5 에서 sin ( h ( 4 ) ) = 1 3 \displaystyle \sin(h(4))=\frac13 sin ( h ( 4 )) = 3 1 이고 cos ( h ( 4 ) ) = 2 2 3 \displaystyle \cos(h(4))=\frac{2\sqrt2}3 cos ( h ( 4 )) = 3 2 2 이므로
50점 · 답 h ′ ( 4 ) = − 1 18 2 \displaystyle h\prime(4)=-\frac1{18\sqrt2} h ′ ( 4 ) = − 18 2 1 을 찾으면 풀이방법에 상관없이 h ′ ( 4 ) = − 1 18 2 \displaystyle h\prime(4)=-\frac1{18\sqrt2} h ′ ( 4 ) = − 18 2 1 이다.
(3-1) 반지름 1의 반원에 접하는 직선을 그렸거나 세 변의 길이가 1 , 1 , 2 \displaystyle 1,1,\sqrt2 1 , 1 , 2 인 직각삼각형을 그렸으면 (30점)
(3-2) (합산으로 채점)
(3-2) 함수표현은 맞고 구간이 틀리면 (15점)
(3-2) 증명 없이 t = π 6 \displaystyle t=\frac\pi6 t = 6 π 에서 미분이 안된다고 하면 (10점)
(3-3) 답이 틀린 경우: 다음 두 부분점수의 합산으로 채점
(1) 1 = − 3 cos h ( s ) sin 2 h ( s ) h ′ ( s ) \displaystyle 1=-\frac{3\cos h(s)}{\sin^2h(s)}h\prime(s) 1 = − sin 2 h ( s ) 3 cos h ( s ) h ′ ( s ) 또는 h ′ ( s ) = − sin 2 h ( s ) 3 cos h ( s ) \displaystyle h\prime(s)=-\frac{\sin^2h(s)}{3\cos h(s)} h ′ ( s ) = − 3 cos h ( s ) sin 2 h ( s ) 을 얻으면 (25점)
(별해)에서는 1 = h ′ ( g ( t ) ) ⋅ ( − 3 cos t sin 2 t ) \displaystyle 1=h\prime(g(t))\cdot\left(-\frac{3\cos t}{\sin^2t}\right) 1 = h ′ ( g ( t )) ⋅ ( − sin 2 t 3 cos t ) 을 얻으면 (25점)
(2) sin ( h ( 4 ) ) = 1 3 \displaystyle \sin(h(4))=\frac13 sin ( h ( 4 )) = 3 1 와 cos ( h ( 4 ) ) = 2 2 3 \displaystyle \cos(h(4))=\frac{2\sqrt2}3 cos ( h ( 4 )) = 3 2 2 를 찾으면 (20점)