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성균관대 2026학년도 수시 수리형 1교시 2번 · mathesis.kr/archive/skku/2026su/suri1_2
[문제 2-ⅰ]
+10점 · 문제에서 주어진 함수의 적분에 해당하는 도형의 넓이를 정확히 계산할 수 있다.
a=2이면 bk=2k−1이고, Sn=b1+⋯+bn=k=1∑n(2k−1)=n(n+1)−n=n2이다.S11=121<134이고 S12=144>134이다. 따라서 T1,T2,T3,⋯T11의 전체 넓이와 T12의 일부 영역의 넓이의 합이 적분값이 된다. 특히 T12의 일부 영역은 T12 전체 넓이에서 T12의 x의 구간 [134,S12]=[134,144]에 해당되는 T12의 영역을 제외하면 된다. 제외하여야 하는 영역은 밑변의 길이가 10이고 높이가 103인 삼각형이므로 넓이는 21×10×103=503이다. 한편 T1,T2,⋯,T12의 넓이의 합은 43k=1∑12bk2=43k=1∑12(4k2−4k+1) 이다.k=1∑12(4k2−4k+1)=4⋅612⋅13⋅25−4⋅212⋅13+12=4⋅2⋅13⋅25−24⋅13+12=2300이므로 43k=1∑12lk2=5753이다. 따라서 구하고자 하는 영역의 넓이는 5753−503=5253이다.Correction. 넓이 계산에 쓰인 lk는 제시문에서 정의한 bk를 뜻한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
[문제 2-ⅱ]
+15점 · 문제에서 주어진 직선과 각 삼각형이 두 점에서 만나는 조건을 수식적으로 표현해서 해당하는 경우를 정확히 찾아낼 수 있다.
a=1이면 bn=n이다. 따라서 Sn=k=1∑nk=2n(n+1)이고 삼각형 Tn의 중점의 x좌표는 21(Sn−1+Sn)=21(2n(n−1)+2n(n+1))=2n2이다.점 (−1,0)의 x좌표부터 Tn의 중점의 x좌표까지의 거리는 2n2+1이다. 그리고 삼각형 Tn의 높이는 23bn=23n이다. 따라서 (−1,0)에서 Tn의 제1사분면 위의 꼭짓점까지 잇는 직선의 기울기는 2n2+123n=n2+23n이다. 이 기울기가 직선 l의 기울기 103보다 크면 l과 Tn은 두 점에서 만나고, 103과 같으면 한 점에서 만나고, 103보다 작으면 만나지 않는다. 따라서 먼저 n2+23n>103이 되는 n의 범위를 찾으면 10n>n2+2인 범위를 찾으면 되고, n2−10n+2<0인 범위이므로 5−23<n<5+23이 되고, 가능한 자연수는 n=1,2,⋯,8,9가 된다. 한편 n2+23n=103인 자연수는 없다. 따라서 T1,⋯,T9가 직선 l과 각각 두점에서 만나므로 만나는 점의 개수는 18개이다.
[문제 2-ⅲ]
+15점 · 문제에서 주어진 직선과 각 삼각형이 두 점에서 만나는 조건을 수식적으로 표현하여 기울기의 등차수열의 공차 범위를 계산할 수 있다.
Comment. 채점기준의 ‘기울기의 등차수열’은 제시문의 등차수열 {bn}을 가리킨다. 구하는 것은 이 수열의 공차 a의 범위이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
(풀이1) Sn=b1+⋯+bn=k=1∑n(1−a+ka)=n+a2n(n−1)이다.따라서 삼각형 Tn의 중점의 좌표는21(Sn+Sn−1)=21[n+2an(n−1)+(n−1)+2a(n−1)(n−2)]=21[2n−1+a(n−1)2]으로 주어지게 된다. 한편 Tn의 높이는 23(1−a+na)이다. 원점부터 삼각형 Tn의 제1사분위의 꼭짓점과 (−1,0)를 잇는 직선의 기울기는21[2n−1+a(n−1)2]+123(1−a+na)이고 이 기울기가 직선 l의 기울기 303보다 크면 Tn과 직선 l은 두점에서 만나고, 같으면 한점에서 만나며, 작으면 만나지 않는다. y=f(x)의 그래프와 직선 l이 만나는 점의 개수가 30이려면 T15와 2개의 점에서 만나고, T16과 만나지 않는다. 따라서 n=15일 때 21(29+142a)+123(14a+1)>303을 만족하고 따라서 a>2241.n=16일 때 21(29+152a)+123(15a+1)<303이 성립하고, 따라서 a<751. 따라서 a의 범위는 2241<a<751이다.Correction.n=16을 대입한 식의 분모에서 29는 31이어야 한다. 이를 적용하면 a<1/75가 된다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
(풀이2) 위에 풀이1에서 주어진 다음의 조건21[2n−1+a(n−1)2]+123(1−a+na)>303을 정리하면m=n−1으로 두었을 때21[2m+1+a⋅m2]+123(1+ma)>303이 되고 이를 정리하면 am2+2m+31+ma>301이다. 이를 한번 더 정리하면 am2+2m(1−15a)−27<0이 되는데, g(m)=am2+2m(1−15a)−27이라 하면 g(0)=−27<0 이고 a>0 이므로 그래프 개형을 통해 자연수 u에 대해 g(u)<0 이면 g(u−1)<0임을 알 수 있다. 따라서 g(W)<0이고 g(W+1)>0인 자연수 W가 있으면, g(m)<0인 자연수 m의 개수는 W가 된다. 그러면 위 식을 만족하는 n은 1,2,⋯,W,W+1이 되고 삼각형과 직선이 만나는 개수는 2(W+1)개가 된다. 만약 g(W)<0이고 g(W+1)=0을 성립하는 W가 존재하면 n=W+2일때는 Tn과 직선이 유일하게 하나 만나게 되므로 2(W+1)+1개 점에서 만나게 된다.
따라서 우리는 2(W+1)=30이 되는 W=14에 대해서 g(14)<0와 g(15)>0을 동시에 만족하는 조건을 찾으면 된다. 대입하여 찾으면 g(14)=196a−420a+1<0이고, 224a>1에 해당된다. 또한 g(15)=225a+30(1−15a)−27>0에서 225a<3즉, 75a<1에 해당됨을 확인할 수 있다 따라서 a의 범위는 열린구간 (2241,751)이 된다.
Comment. 채점기준의 ‘기울기의 등차수열’은 제시문의 등차수열 {bn}을 가리킨다. 구하는 것은 이 수열의 공차 a의 범위이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.