수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
10점 · 원하는 직선의 방정식을 구하면

(1-1) 점 A(0,0,d)\displaystyle \mathrm{A}(0,0,d)P(a,b,c)\displaystyle \mathrm{P}(a,b,c)를 지나는 직선의 방향벡터를 v\displaystyle \vec v라 하면v=AP=(a,b,cd)\displaystyle \vec v=\overrightarrow{\mathrm{AP}}=(a,b,c-d)이므로 이 직선의 방정식을 매개변수 t\displaystyle t를 이용하여 나타내면x=at,y=bt,z=d+t(cd)\displaystyle x=at,\quad y=bt,\quad z=d+t(c-d)이다.

20점 · x\displaystyle x좌표와 y\displaystyle y좌표까지 모두 구하면

z=0\displaystyle z=0이면 t=ddc\displaystyle t=\frac d{d-c}이고 이를 직선의 식에 다시 대입하면 다음을 얻는다.x=addc,y=bddc\displaystyle x=\frac{ad}{d-c},\quad y=\frac{bd}{d-c}

10점 · x=3a3c,y=33c\displaystyle x=\frac{3a}{3-c},\quad y=\frac3{3-c}(a1)2+c2=1  (c0)\displaystyle (a-1)^2+c^2=1\;(c\ge0)를 구하면

(1-2) 점 A(0,0,3)\displaystyle \mathrm{A}(0,0,3)에서 나온 빛이 P(a,1,c)\displaystyle \mathrm{P}(a,1,c)를 지날 때를 생각하면 위의 풀이에서 b=1,  d=3\displaystyle b=1,\;d=3인 경우이므로x=3a3c,y=33c\displaystyle x=\frac{3a}{3-c},\quad y=\frac3{3-c} …… (1.1)인데 P\displaystyle \mathrm{P}D\displaystyle D의 위쪽 경계에 위치해야 하므로(a1)2+c2=1  (c0)\displaystyle (a-1)^2+c^2=1\;(c\ge0) …… (1.2)

을 만족시킨다. 식 (1.1)에서 c=33y0\displaystyle c=3-\frac3y\ge0이므로 y1\displaystyle y\ge1이고, x=ay\displaystyle x=ay이므로 a=xy\displaystyle a=\frac xy이다.

이를 식 (1.2)에 대입하면 다음을 얻는다.(xy1)2+(33y)2=1  (y1)\displaystyle \left(\frac xy-1\right)^2+\left(3-\frac3y\right)^2=1\;(y\ge1)

20점 · 이를 이용하여 (xy)2+(3y3)2=y2  (y1)\displaystyle (x-y)^2+(3y-3)^2=y^2\;(y\ge1)까지 구하면

이 식의 양변에 y2\displaystyle y^2을 곱하여 간단히 하면 곡선 S\displaystyle S의 방정식은 다음과 같다.(xy)2+(3y3)2=y2  (y1)\displaystyle (x-y)^2+(3y-3)^2=y^2\;(y\ge1) …… (1.3)

10점 · 음함수 미분법을 이용하여 2(xy)(1dydx)+2(3y3)3dydx=2ydydx\displaystyle 2(x-y)\left(1-\frac{dy}{dx}\right)+2(3y-3)\cdot3\frac{dy}{dx}=2y\frac{dy}{dx}을 구하면

(1-3) 식 (1.3)으로 주어진 곡선 S\displaystyle S의 식에서 dydx=0\displaystyle \frac{dy}{dx}=0일 때 y\displaystyle y좌표가 최대가 됨을 알 수 있다. 따라서 y\displaystyle yx\displaystyle x의 함수로 보고 음함수 미분법을 적용하여 식 (1.3)의 양변을 변수 x\displaystyle x에 관하여 미분하면2(xy)(1dydx)+2(3y3)3dydx=2ydydx\displaystyle 2(x-y)\left(1-\frac{dy}{dx}\right)+2(3y-3)\cdot3\frac{dy}{dx}=2y\frac{dy}{dx} …… (1.4)

이므로 이 식을 이용하여 계산하면dydx=yx9yx9=0\displaystyle \frac{dy}{dx}=\frac{y-x}{9y-x-9}=0에서y=x\displaystyle y=x …… (1.5)를 얻는다. 이를 식 (1.3)에 다시 대입하면8y218y2+9=(2y3)(4y3)=0\displaystyle 8y^2-18y^2+9=(2y-3)(4y-3)=0Correction. (1-3)에서 y=x\displaystyle y=x를 대입한 이차식은 8y218y+9\displaystyle 8y^2-18y+9이다. 두 번째 항의 y2\displaystyle y^2y\displaystyle y의 오기이다. 그러나 원문 표기는 그대로 실었다.

20점 · 점 R(x,y)\displaystyle \mathrm{R}(x,y)의 좌표 (32,32)\displaystyle \left(\frac32,\frac32\right)까지 구하면

이므로 y=32\displaystyle y=\frac32 또는 y=34\displaystyle y=\frac34인데 y1\displaystyle y\ge1이므로 y=32\displaystyle y=\frac32이다. 식 (1.5)에서 x=32\displaystyle x=\frac32이므로 y\displaystyle y값이 최대가 되는 점 R(x,y)\displaystyle \mathrm{R}(x,y)의 좌표는 (32,32)\displaystyle \left(\frac32,\frac32\right)이다.

(1-2) y1\displaystyle y\ge1임을 명시하지 않으면 5점 감점.

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