성균관대 2024학년도 모의 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/skku/2024mo/jayeon_1
문제
[문제 1] 다음 <제시문 1>과 <제시문 2>를 읽고 [문제 1-ⅰ] ~ [문제 1-ⅲ]을 문항별로 풀이와 함께 답하시오. (30점)
<제시문 1>일 때, 곡선 위의 점 에서 이 곡선에 접하는 접선을 이라 하고, 직선 이 곡선 와 제1사분면에서 만나는 점을 라고 하자.
<제시문 2>곡선 , 선분 , 직선 로 둘러싸인 도형의 넓이를 라고 놓고, 곡선 와 직선 로 둘러싸인 영역 중에서 직선 의 오른쪽에 있는 부분의 넓이를 라고 놓자.
[문제 1-ⅰ] <제시문 1>에서 주어진 의 값이 일 때, <제시문 2>에서 정의된 과 에 대하여, 이들의 비 이 어떻게 되는지 논하여라. (10점)
[문제 1-ⅱ] <제시문 2>의 함수 를 와 에 대한 다항식의 형태로 나타내어라. (10점)
[문제 1-ⅲ] <제시문 2>의 함수 와 보다 크거나 같은 정수 에 대하여, 의 값이 (와 는 유리수) 형태로 표시됨을 보이고, 는 항상 양수가 됨을 논하여라. (10점)
성균관대 2024학년도 모의 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/skku/2024mo/jayeon_1
[문제 1-ⅰ]
일 때, 직선 은 점 을 지나고 기울기가 이 되므로, 직선 의 방정식은 가 된다. 따라서 은 곡선 , 직선 , 직선 로 둘러싸인 도형의 넓이이므로 다음과 같은 정적분의 값으로 주어진다.
한편, 일 때, 직선 과 곡선 이 만나는 점 중에서 1사분면에 있는 점의 좌표는 가 된다. 따라서 은 곡선 와 직선 로 둘러싸인 영역 중에서 직선 의 오른쪽에 있는 부분의 넓이이므로 다음과 같은 정적분의 값으로 주어진다.따라서 가 된다.
[문제 1-ⅱ]
직선 은 점 를 지나고, 기울기가 이므로, 직선 의 방정식은 과 같게 된다.
이제 직선 의 방정식과 를 연립해서 풀자. 연립방정식의 두 해의 좌표 중에서 양수인 경우만을 택하면, 이 되고, 이 값은이 되므로, 항상 보다 커짐을 알 수 있다. 따라서 는 곡선 와 직선 로 둘러싸인 영역 중에서 직선 의 오른쪽에 있는 부분의 넓이이므로, 다음과 같은 정적분의 값으로 주어진다.위의 값은 와 에 대한 다항식의 형태임을 알 수 있다.
[문제 1-ⅲ]
[문제 1-ⅱ]의 풀이로부터,이고, 로 주어진다.을 위 식에 대입하면, 가 되고, 을 에 대한 다항식 형태로 정리하면,이 된다. 이제 를 위 식에 대입해서 정리하면, (와 는 각각 유리수)의 형태가 된다.
여기서 구체적으로 를 구하면,이 되므로, 는 항상 양수가 됨을 보일 수 있다.
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