서강대 2011학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/sogang/2011mo/jayeon_2
배점미공개
예상 소요 시간예상미공개
문제
🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중
서강대 2011학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/sogang/2011mo/jayeon_2
[해설]
1. 문항 2는 문제 해결 형, 수리 계산 형 문제로 문제에서 주어진 규칙을 수리적으로 해석하고 그에 구체적인 답안을 제시해야 하는 수리 응용 형 문제들이 주로 이 유형에 속한다.첫 번째 질문은 제시문 (가)에서 설명한 상황을 이해하고 고등학교 교과과정 안에 극한의 개념을 이해한다면 손쉽게 답할 수 있는 내용이다.첫 번째 질문에 대한 풀이과정을 예시하면 다음과 같다.
n→∞liman=x≥0라 하면 an+2=an−an+1로부터 x=x−x가 성립하여 x=0이다.
n→∞limbn=y>0라 하면 bn=cncn+1=cncn+cn−1=1+cncn−1=1+bn−11로부터 y=1+1/y 즉, y2−y−1=0이 성립하여 y=21+5이다. 따라서 n→∞liman=0이고 n→∞limbn=21+5이다.
첫 번째 질문에서 평가의 기준은 수험생이 극한의 개념을 이해하는가 하는 것과 극한의 개념으로부터 x=n→∞liman와 y=n→∞limbn에 대한 올바른 방정식을 얻을 수 있는가에 초점을 맞춘다.
2. 두 번째 질문에서는 제시문 (가)에서 설명한대로 n분 후에 용기 A에 들어있게 되는 리터 단위의 물의 양 an과 피보나치수열로 정의된 cn사이에는 n≥2일 때 등식 an=(−1)n−1(tcn−1−cn−2)이 성립함을 증명하는 문제를 제시하고 있다. 증명의 핵심은 고교 교과과정에서 다룬 바 있는 수학적 귀납법의 사용이다.두 번째 질문에 대한 풀이과정을 예시하면 다음과 같다.수학적 귀납법을 사용하여 증명한다. 먼저 n=2일 때 a2=−(t−1)=(−1)(tc1−c0)가 성립하고 또한 a3=2t−1=(−1)2(tc2−c1)가 성립한다. 이제 k≥3가 주어진 자연수이고 n≤k인 모든 n에 대하여 an=(−1)n−1(tcn−1−cn−2)이 성립한다고 가정하자.이제 n=k+1일 때 위 등식이 성립함을 아래와 같이 보인다.(i) k가 짝수인 경우 : ak+1=ak−1−ak=tck−2−ck−3+tck−1−ck−2=tck−ck−1(ii) k가 홀수인 경우 : ak+1=ak−1−ak=−(tck−2−ck−3)−(tck−1−ck−2)=−(tck−ck−1)따라서 n=k+1인 경우에도 (i), (ii)에 의하여 an=(−1)n−1(tcn−1−cn−2)이 성립하고 수학적 귀납법에 의하여 모든 n≥2에 대하여 an=(−1)n−1(tcn−1−cn−2)임이 증명된다.
3. 세 번째 질문의 핵심은 1분 후에 용기 A에 들어있게 되는 물의 양을 구하는 것이다. 이에 앞서서 제시문 (가)에서 정의한 수열 {an}과 {cn}에서 모든 자연수 n에 대하여 부등식 c2nc2n−1<a1<c2n+1c2n가 성립함을 증명할 것을 요구하고 있다. 이 부등식의 증명은 앞서 두 번째 질문에서 제시한 등식 an=(−1)n−1(tcn−1−cn−2)으로부터 얻을 수 있다.세 번째 질문에 대한 풀이과정을 예시하면 다음과 같다.
앞서 (2)에 의하면 모든 n≥0에 대하여 an=(−1)n+1(tcn+1−cn)이고 조건에 의하면 모든 n≥0에 대하여 an>0이므로, n=2k인 경우 0<a2k=−(tc2k+1−c2k)로부터 a1=t<c2k+1c2k이 성립한다. 마찬가지로 n=2k−1인 경우 0<a2k−1=tc2k−c2k−1로부터 a1=t>c2kc2k−1을 얻는다. 따라서 모든 자연수 k에 대하여 c2kc2k−1<a1<c2k+1c2k이다.Correction. 왼쪽의 an은 an+2의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.Correction. 짝수·홀수 식의 a2k, a2k−1은 각각 a2k+2, a2k+1의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
한편 (1)에서 n→∞limcncn+1=21+5임을 보였으므로 n→∞limc2nc2n−1=n→∞limc2n+1c2n=1+52=2−1+5이 성립한다.
따라서 c2nc2n−1<a1<c2n+1c2n의 양변에 극한을 취하면 a1=t=2−1+5을 얻는다.
4. 네 번째 질문에 대한 답은 제시문 (나)를 이해하는 것으로부터 출발한다. 즉 적당한 시점 이후 매분마다 용기 A에는 담겨 있던 물의 10%가 빠져나가는 동시에 용기 B에 담겨져 있던 물의 20%가 들어오는 것이 반복될 때 아주 오랜 시간이 지난 후 후에 용기 A에 담긴 물의 양이 수렴하는 값을 구하는 문제로서, 문제의 올바른 이해와 함께 수리적 개념 및 응용력과 더불어 문제해결능력까지 모두 갖추어야 올바로 답할 수 있는 질문이다.네 번째 질문에 대한 풀이과정을 예시하면 다음과 같다.(나)에서의 방법을 따른 경우 k≥0에 대하여 ak와 bk를 새롭게 다음과 같이 정의한다.ak=m+k분 후에 용기 A에 들어있게 되는 리터 단위의 물의 양bk=m+k분 후에 용기 B에 들어있게 되는 리터 단위의 물의 양이라 놓으면 다음이 성립한다.ak+1=0.9ak+0.2bkbk+1=0.1ak+0.8bk위의 식에서 bk=5ak+1−4.5ak을 얻고 이를 아래 식에 대입하면 다음을 얻는다.5ak+2−4.5ak+1=0.1ak+0.8(5ak+1−4.5ak)이를 정리하면 5ak+2−8.5ak+1+3.5ak=0이 성립하고 따라서 ak+2−ak+1=107(ak+1−ak)가 성립하여 수열 {ak}의 계차수열은 첫째항이 a1−a0=5β−10α이고, 공비가 107인 등비수열이다.따라서 ak=a0+j=1∑k(a1−a0)(107)j−1을 얻고, 따라서 k→∞limak=a0+310(a1−a0)=α+32β−31α=32(α+β)이다.즉 아주 오랜 시간이 지난 후에 용기 A에 담긴 물의 양이 수렴하는 값은 리터 32(α+β)이다.