수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

수리형 3교시 2번

문제

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[문제 2-ⅰ]

+8점 · 곡선과 직선으로 둘러싸인 영역의 넓이를 구할 수 있다.

SP+SQ=11(1x2)dx=2[xx33]01=2(113)=43\displaystyle \mathrm{S_{P}}+\mathrm{S_{Q}}=\int_{-1}^{1}(1-x^{2})dx=2\Biggl[x-\frac{x^{3}}{3}\Biggr]_{0}^{1}=2\left(1-\frac{1}{3}\right)=\frac{4}{3}SP=112{(1x2)(x2+12)}dx=112(x212x+12)dx=916\displaystyle \mathrm{S_{P}}=\int_{-1}^{\frac{1}{2}}\left\{(1-x^{2})-\left(\frac{x}{2}+\frac{1}{2}\right)\right\}dx=\int_{-1}^{\frac{1}{2}}\left(-x^{2}-\frac{1}{2}x+\frac{1}{2}\right)dx=\frac{9}{16}SQ=3748\displaystyle \mathrm{S_{Q}}=\frac{37}{48}이므로 SPSQ=2737\displaystyle \frac{S_{P}}{S_{Q}}=\frac{27}{37}이다.답: 2737\displaystyle \frac{27}{37}

[문제 2-ⅱ]

+12점 · 주어진 조건을 만족하는 직사각형의 넓이를 변수로 표현할 수 있고, 미분을 통해 극점을 구할 수 있다.

C(q,0)\displaystyle \mathrm{C}(q,0), B(p,0)\displaystyle \mathrm{B}(p,0)이라 하면 p+12=1q2\displaystyle \frac{p+1}{2}=1-q^{2}, p=12q2\displaystyle p=1-2q^{2}BC=qp=q+2q21\displaystyle \overline{\mathrm{BC}}=q-p=q+2q^{2}-1, DC=1q2\displaystyle \overline{\mathrm{DC}}=1-q^{2}이므로 f(q)=(1q2)(2q2+q1)\displaystyle f(q)=(1-q^{2})(2q^{2}+q-1)f(q)=8q33q2+6q+1=0\displaystyle f^{\prime}(q)=-8q^{3}-3q^{2}+6q+1=0이 된다.q=12+w\displaystyle q=\frac{1}{2}+w이라고 하면 8w3+15w2+3w=94\displaystyle 8w^{3}+15w^{2}+3w=\frac{9}{4}답: 94\displaystyle \frac{9}{4}

(부연 설명)f(q)=(1q2)(2q2+q1)\displaystyle f(q)=(1-q^{2})(2q^{2}+q-1)에 대해 f(12)=0\displaystyle f\left(\frac{1}{2}\right)=0, f(1)=0\displaystyle f(1)=0f(12)=134+3+1=94>0\displaystyle f^{\prime}\left(\frac{1}{2}\right)=-1-\frac{3}{4}+3+1=\frac{9}{4}>0, f(1)=11+7=4<0\displaystyle f^{\prime}(1)=-11+7=-4<0H(q)=f(q)=8q33q2+6q+1\displaystyle H(q)=f^{\prime}(q)=-8q^{3}-3q^{2}+6q+1으로 두고 이를 미분하면 H(q)=24q26q+6\displaystyle H^{\prime}(q)=-24q^{2}-6q+6열린구간 (12,1)\displaystyle \left(\frac{1}{2},1\right)에서 H(q)<0\displaystyle H^{\prime}(q)<0H(12)=f(12)>0\displaystyle H\left(\frac{1}{2}\right)=f^{\prime}\left(\frac{1}{2}\right)>0, H(1)=f(1)<0\displaystyle H(1)=f^{\prime}(1)<0이므로 열린구간 (12,1)\displaystyle \left(\frac{1}{2},1\right)에서 H(q)=0\displaystyle H(q)=0q\displaystyle q가 유일하게 존재한다. 즉 f(q)=0\displaystyle f^{\prime}(q)=0이고 이때의 q\displaystyle q의 좌우에서 f(x)\displaystyle f^{\prime}(x)값의 부호가 양에서 음으로 변하므로 q\displaystyle q에서 f(q)\displaystyle f(q)가 최댓값이 된다.

[문제 2-ⅲ]

+10점 · 주어진 조건을 만족하는 직사각형의 좌표를 직선의 방정식을 활용하여 구할 수 있다.

A\displaystyle \mathrm{A}의 좌표를 (w,w+12)\displaystyle \left(w,\frac{w+1}{2}\right)이라 하자.AD=174\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}=\frac{\sqrt{17}}{4}, AD\displaystyle \mathrm{AD}의 기울기 =14\displaystyle =\frac{1}{4}이므로(D의 x좌표)(A의 x좌표)=AD×417=1\displaystyle (\mathrm{D}\text{의 }x\text{좌표})-(\mathrm{A}\text{의 }x\text{좌표})=\overline{\mathrm{AD}}\times\frac{4}{\sqrt{17}}=1\displaystyle \thereforeD\displaystyle \mathrm{D}는 직선 AD:y=14(xw)+12(w+1)\displaystyle \mathrm{AD}:y=\frac{1}{4}(x-w)+\frac{1}{2}(w+1)와 곡선 y=1x2\displaystyle y=1-x^{2}의 교점의 x\displaystyle x좌표이므로,Correction.D\displaystyle D는 교점 자체이고, 그 x\displaystyle x좌표가 w+1\displaystyle w+1이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.x=w+1\displaystyle x=w+114(xw)+12(w+1)=1x2\displaystyle \frac{1}{4}(x-w)+\frac{1}{2}(w+1)=1-x^{2}의 해가 된다. 4w2+10w+3=0\displaystyle \therefore\ 4w^{2}+10w+3=0, w=5+134\displaystyle w=\frac{-5+\sqrt{13}}{4}B(a,a+14)\displaystyle \mathrm{B}\left(a,\frac{a+1}{4}\right)이라 하자.직선 BA\displaystyle \mathrm{BA}와 직선 BC\displaystyle \mathrm{BC}는 수직이므로 기울기가 4\displaystyle -4이다.따라서, BA:y=4(xa)+a+14\displaystyle \mathrm{BA}:y=-4(x-a)+\frac{a+1}{4}A\displaystyle \mathrm{A}를 직선 BA\displaystyle \mathrm{BA}y=x+12\displaystyle y=\frac{x+1}{2} 만나는 점이라고 하면A\displaystyle \mathrm{A}x\displaystyle x좌표인 w\displaystyle w4(wa)+a+14=w+12\displaystyle -4(w-a)+\frac{a+1}{4}=\frac{w+1}{2}를 만족한다.w=118(1+17a)\displaystyle w=\frac{1}{18}(-1+17a)이므로 118(1+17a)=5+134\displaystyle \frac{1}{18}(-1+17a)=\frac{-5+\sqrt{13}}{4}.a=43+91334\displaystyle \therefore a=\frac{-43+9\sqrt{13}}{34}이고 B(43+91334,9+913136)\displaystyle \mathrm{B}\left(\frac{-43+9\sqrt{13}}{34},\frac{-9+9\sqrt{13}}{136}\right)답: (43+91334,9+913136)\displaystyle \left(\frac{-43+9\sqrt{13}}{34},\frac{-9+9\sqrt{13}}{136}\right)

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