수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

오류 제보

문제

[문제 2] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

아래 그림과 같이 램프에서 나온 빔이, xy\displaystyle xy평면에서 중심이 원점이고 반지름의 길이가 2\displaystyle 2인 원과 원의 내부를 비추고 있다.

램프의 원형 빔과 x축을 따라 움직이는 불투명 원판

(가) 반지름의 길이가 2\displaystyle 2인 불투명 원판의 중심인 점 P는 x\displaystyle x축 위를 연속적으로 움직인다. x=7\displaystyle x=7에서 출발한 점 P의 시각 t\displaystyle t (0≤t≤8\displaystyle 0\leq t\leq8)에서의 위치를 x=f(t)\displaystyle x=f(t)라 할 때, 점 P의 속도 v(t)\displaystyle v(t)는v(t)={−2t(0≤t<2)2t−8(2≤t<6)−2t+16(6≤t≤8)\displaystyle v(t)=\begin{cases}-2t&(0\leq t<2)\\2t-8&(2\leq t<6)\\-2t+16&(6\leq t\leq8)\end{cases}이다.

(나) 원판이 빔에 닿거나 비추어질 때, 원판에 연결된 센서에서 소리가 난다.

[2.1] 점 P의 시각 t\displaystyle t에서의 위치 f(t)\displaystyle f(t)를 구하시오.

[2.2] 점 P의 위치가 x=22\displaystyle x=2\sqrt2일 때, 빔이 원판에 비친 부분의 넓이를 구하시오.

[2.3] t=4−3\displaystyle t=4-\sqrt3일 때, 빔이 원판에 비친 부분의 넓이를 구하시오.

[2.4] 센서에서 소리가 나는 시각 t\displaystyle t의 범위를 구하시오.

해설강의 준비중
+6점 · v(t)\displaystyle v(t)를 적분하여 f(t)\displaystyle f(t)를 구하면 다음과 같다. x=f(t)={7−t2(0≤t<2)t2−8t+15(2≤t<6)−t2+16t−57(6≤t≤8)\displaystyle x=f(t)=\begin{cases}7-t^2&(0\leq t<2)\\t^2-8t+15&(2\leq t<6)\\-t^2+16t-57&(6\leq t\leq8)\end{cases}

[2.1] v(t)\displaystyle v(t)를 적분하면x=f(t)={−t2+c1(0≤t<2)t2−8t+c2(2≤t<6)−t2+16t+c3(6≤t≤8)\displaystyle x=f(t)=\begin{cases}-t^2+c_1&(0\leq t<2)\\t^2-8t+c_2&(2\leq t<6)\\-t^2+16t+c_3&(6\leq t\leq8)\end{cases} (단, c1\displaystyle c_1, c2\displaystyle c_2, c3\displaystyle c_3는 상수)이다. f(0)=7\displaystyle f(0)=7이므로 f(0)=c1=7\displaystyle f(0)=c_1=7이다.함수 f(t)\displaystyle f(t)는 연속이므로lim⁡t→2−f(t)=f(2)\displaystyle \lim_{t\to2-}f(t)=f(2)에서 lim⁡t→2−(−t2+7)=−12+c2∴c2=15\displaystyle \lim_{t\to2-}(-t^2+7)=-12+c_2\quad\therefore c_2=15이고,lim⁡t→6−f(t)=f(6)\displaystyle \lim_{t\to6-}f(t)=f(6)에서 lim⁡t→6−(t2−8t+15)=60+c3∴c3=−57\displaystyle \lim_{t\to6-}(t^2-8t+15)=60+c_3\quad\therefore c_3=-57따라서 x=f(t)={7−t2(0≤t<2)t2−8t+15(2≤t<6)−t2+16t−57(6≤t≤8)\displaystyle x=f(t)=\begin{cases}7-t^2&(0\leq t<2)\\t^2-8t+15&(2\leq t<6)\\-t^2+16t-57&(6\leq t\leq8)\end{cases}

+8점 · 그림에서 ∠AOP=π4\displaystyle \angle\mathrm{AOP}=\frac\pi4, ∠AOB=π2\displaystyle \angle\mathrm{AOB}=\frac\pi2이므로 빔이 원판에 비친 부분의 넓이는 다음과 같다. 2(12×22×π2−12×22)=2π−4\displaystyle 2\left(\frac12\times2^2\times\frac\pi2-\frac12\times2^2\right)=2\pi-4

[2.2] 점 P의 위치가 x=22\displaystyle x=2\sqrt2일 때 빔과 원판의 위치는 다음 그림과 같다.

두 원의 중심 거리가 2√2일 때 겹친 영역

위 그림에서 ∠AOP=π4\displaystyle \angle\mathrm{AOP}=\frac\pi4, ∠AOB=π2\displaystyle \angle\mathrm{AOB}=\frac\pi2이므로 빔이 원판에 비친 부분의 넓이는2(12×22×π2−12×22)=2π−4\displaystyle 2\left(\frac12\times2^2\times\frac\pi2-\frac12\times2^2\right)=2\pi-4이다.

+4점 · t=4−3\displaystyle t=4-\sqrt3일 때 점 P의 위치는 다음과 같다. f(4−3)=(4−3)2−8(4−3)+15=2\displaystyle f(4-\sqrt3)=(4-\sqrt3)^2-8(4-\sqrt3)+15=2

[2.3] t=4−3\displaystyle t=4-\sqrt3일 때 점 P의 위치는f(4−3)=(4−3)2−8(4−3)+15=2\displaystyle f(4-\sqrt3)=(4-\sqrt3)^2-8(4-\sqrt3)+15=2

+6점 · 빔과 원판의 위치의 그림에서 OP‾=OA‾=AP‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{OP}}=\overline{\mathrm{OA}}=\overline{\mathrm{AP}}=2이므로 ∠AOP=π3\displaystyle \angle\mathrm{AOP}=\frac\pi3이다. 따라서 빔이 원판에 비친 부분의 넓이는 8π3−23\displaystyle \frac{8\pi}3-2\sqrt3이다.

이므로 빔과 원판의 위치는 다음 그림과 같다.

두 원의 중심 거리가 2일 때 겹친 영역

위 그림에서 OP‾=OA‾=AP‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{OP}}=\overline{\mathrm{OA}}=\overline{\mathrm{AP}}=2이므로 ∠AOP=π3\displaystyle \angle\mathrm{AOP}=\frac\pi3이다.따라서 빔이 원판에 비친 부분의 넓이는4×12×22×π3−2×12×22×32=8π3−23\displaystyle 4\times\frac12\times2^2\times\frac\pi3-2\times\frac12\times2^2\times\frac{\sqrt3}2=\frac{8\pi}3-2\sqrt3이다.

+6점

[2.4] −4≤f(t)≤4\displaystyle -4\leq f(t)\leq4일 때, 원판이 빔에 닿거나 비추어진다. f(t)=4\displaystyle f(t)=4의 해를 t1,t2\displaystyle t_1,t_2 (t1<t2\displaystyle t_1<t_2)라 하면7−t12=4,−t22+16t2−57=4\displaystyle 7-t_1^2=4,\quad-t_2^2+16t_2-57=4이므로 t1=3\displaystyle t_1=\sqrt3, t2=8−3\displaystyle t_2=8-\sqrt3이다.

+3점

따라서 센서에서 소리가 나는 시각 t\displaystyle t의 범위는3≤t≤8−3\displaystyle \sqrt3\leq t\leq8-\sqrt3이다.

위치함수 f(t)의 그래프와 원판이 빔에 닿는 시각

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.