(가)다음 그림은 곡선 y=4e2x+e−2x의 형태로 설계된 레일 장치이다. 점 A를 출발한 공은 레일을 따라 운동한다. (단, 공의 크기는 무시한다.)
(나)공은 점 A에서 최저점인 점 P (x=0)까지 내려온 이동거리의 107만큼 레일 왼편으로 올라간 뒤, 왼편에서 공이 내려온 이동거리의 107만큼 레일 오른편으로 올라간다. 이와 같은 방식으로 공은 레일 양쪽을 오가면서 점 P에서 멈출 때까지 계속 운동한다.
(다)점 B와 점 C에 설치된 센서는 공이 지나갈 때 작동하며, 공의 운동에는 영향을 주지 않는다.
(라)필요할 경우 다음 값들을 이용한다.log2=0.30,log3=0.48,log5=0.70,log7=0.85
[1.1] 점 A에서 점 P까지 공의 이동거리를 구하시오. (8점)
[1.2] 점 C에 있는 센서는 작동하는가? (8점)
[1.3] 점 B에 있는 센서는 몇 번 작동하는가? (12점)
[1.4] 공이 멈출 때까지 움직인 총 이동거리를 구하시오. (6점)
해설강의 준비중
서울과학기술대 2017학년도 수시 오전 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/seoultech/2017su_am/jayeon_1
[1.1] 점 A와 점 P 사이에서 공의 이동거리는 곡선의 길이와 같다. dxdy=2e2x−e−2x이므로, 이동거리 d는 다음과 같다.d=∫0ln71+(dxdy)2dx=∫0ln71+(2e2x−e−2x)2dx=∫0ln7(2e2x+e−2x)2dx=∫0ln72e2x+e−2xdx=41[e2x−e−2x]0ln7=49600
[1.2] 점 P를 지난 공은 레일의 왼편으로 49600×107=760만큼 위로 올라간다. 점 P에서 센서가 있는 점 C까지 공의 이동거리는 함수 y가 좌우대칭이므로 x좌표가 0에서 ln5까지의 곡선 길이와 같다. 이를 계산하면∫0ln52e2x+e−2xdx=41[e2x−e−2x]0ln5=25156이 된다. 이 두 개의 값을 비교하면 760>25156이다. 따라서 공은 센서가 있는 곳보다 더 높은 곳까지 운동하므로 센서는 작동한다.
[1.3] 점 P와 점 B 사이의 곡선 길이를 구하면,∫0ln32e2x+e−2xdx=41[e2x−e−2x]0ln3=920이다. 공의 이동거리 (107)nd (n은 자연수)가 920보다 크면 점 B에 있는 센서는 작동된다. 그러므로,(107)nd≥920⇒(107)n≥920×60049=27049를 만족하는 n을 찾으면 된다. 여기서 양변에 로그를 취하면n(log7−log10)≥(log49−log270)이다. 제시문에서 주어진 로그값을 대입하여 정리하면 다음과 같다.n(0.85−1)≥(2×0.85−3×0.48−1)즉, 0.15n≤0.74이고 이를 만족하는 n값은 1, 2, 3, 4이다.이를 바탕으로 점 B에 있는 센서가 작동하는 경우를 구체적으로 기술하면- A에서 점 P를 향해 내려올 때 한번 (점 A와 점 P 사이의 이동 거리: d)- 왼편에서 점 P까지 내려온 뒤 다시 오른편으로 올라갈 때 한번 (이때 점 P에서 최고점까지 이동 거리: (7/10)2d)- 다시 점 P까지 내려올 때 한번 (이때 점 P까지 이동 거리: (7/10)2d)- 왼편에서 내려와 점 P까지 내려온 뒤 오른편으로 올라갈 때 한번 (이때 점 P에서 최고점까지 이동 거리: (7/10)4d)- 다시 점 P까지 내려올 때 한번 (이때 점 P까지 이동 거리: (7/10)4d)이렇게 점 B에 있는 센서는 5번 작동한다.
[1.4] 공이 움직인 총 거리 D는 다음과 같다.D=d+107d+107d+(107)2d+(107)2d+(107)3d+(107)3d+⋯=d+2d{107+(107)2+(107)3+⋯}=d+2d1−7/107/10=317d=317×49600=493400