서강대 2022학년도 모의 1차 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/sogang/2022mo_1/jayeon_1
문제
제시문 [가]-[다]를 참고하여 다음 물음에 답하시오.
【1-1】 보다 작거나 같은 자연수 에 대하여, 과 를 잇는 경로의 길이를 라 할 때 임을 보이시오.
【1-2】 문항 【1-1】에서 정의한 에 대하여, 극한값 을 구하시오.
【1-3】 두 점 와 을 잇는 경로 위의 점 중에서 밑면으로부터의 높이가 최대인 점을 이라고 하고, 점 의 밑면으로부터의 높이를 이라고 하자. 을 에 대한 식으로 나타내고, 극한값 을 구하시오.
【1-4】 원뿔의 꼭짓점을 라고 하고 문항 【1-3】에서 정의한 점 과 높이 에 대하여 이라고 할 때, 인 모든 자연수 에 대하여 임을 보이시오.
[가] 삼각형 의 외접원의 반지름의 길이를 , 삼각형 의 넓이를 라고 하면

[나] 수열 의 첫째항부터 제항까지의 합을 기호 를 사용하여 와 같이 나타낼 수 있다. 즉이다.
[다] 아래 그림과 같이 모선의 길이가 3이고 밑면의 지름의 길이가 2인 직원뿔 모양의 산이 있다. 원뿔의 한 모선이 밑면과 만나는 점을 출발점 , 이 모선 위에서 정상으로부터 1만큼 떨어진 점을 도착점 라고 하자. 선분 를 등분한 점에 개의 전망대 가 있다(단, 은 1보다 큰 자연수). 또한, 를 출발하여 전망대 을 차례로 거쳐 에 도착하는 경로가 있다. 이때, 두 지점 과 사이의 경로는 산 주위를 한 바퀴 회전하면서 두 지점을 최단 거리로 잇는다.

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1. 과 사이의 최단 경로는 그림과 같이 원뿔의 옆면을 펼쳐서 생기는 부채꼴에서, 부채꼴을 이루는 서로 다른 반지름 위에 있는 과 를 선분으로 연결한 것이다. 이때, 부채꼴의 반지름의 길이는 원뿔의 모선의 길이와 같으므로 3이고, 호의 길이가 밑면의 원주인 와 같으므로 중심각은 이다. 에서 코사인법칙을 이용하면,

이므로 이다.
2. 이므로
이다.
3. 부채꼴의 호 위의 임의의 점 에 대하여 두 선분 과 의 교점을 라고 하자. 밑면으로부터의 높이는 이므로 이 최대일 때, 즉, 가 최소일 때, 높이가 최대가 된다. 따라서, 높이가 최대가 되게 하는 점 은 에서 선분 에 내린 수선의 발이다.이라고 놓자. 삼각형 의 넓이로부터 를 얻게 되어이다. 따라서,
이고 이다.Correction. 극한 기호 아래의 는 의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

4. 이 커지면, 가 길어지므로 이 커진다. 선분 를 등분했을 때 을 으로 나타내면, 이다. 인 모든 자연수 에 대하여, 이고 사인함수는 구간 에서 증가한다. 따라서, 이다. 또한, 이고 이므로, 인 모든 자연수 에 대하여, 이다.

한편, 이므로, 이라고 하면 이다.이므로, 구간 에서 가 되어 는 감소한다.따라서, 이다.
문항당 2점(총점 8점)으로 하며 세부 점수는 다음과 같다.
문제 3의 풀이에서 을 에 대한 식으로 나타내지 않고 극한값만 적으면 0점 처리한다.
문제 4의 풀이에서 을 에 대한 식으로만 나타낸 경우, 0점 처리한다.
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