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서강대 2023학년도 수시 자연계열 (1차) 2번 · mathesis.kr/archive/sogang/2023su/jayeon1_2
· 【2-1】 삼각함수의 정의와 제시문 [가]의 사인함수를 이용한 예각 및 둔각 삼각형의 넓이공식을 활용할 수 있다.
매개변수 t에 따라 사이각이 변하는 삼각형의 넓이를 정확히 구할 수 있다.
【2-1】 ∠POQ=t2이고, OP=1, OQ=2이다. t2=0 또는 t2=π이면 S(t)=0이다. 0<t2<π일 때, 삼각형 OPQ의 ∠O의 크기는 t2이므로 제시문 [가]에 의해 S(t)=sin(t2)이다. π<t2<2π일 때, 삼각형 OPQ의 ∠O의 크기는 2π−t2이므로 S(t)=sin(2π−t2)=−sin(t2)이다. 따라서 S(t)=∣sin(t2)∣이다.
· 【2-2】 제시문 [나]로부터 미분가능한 함수의 정의를 잘 이해하여 이를 적용할 수 있다.
제시문 [다]의 삼각함수의 극한을 활용하여 함수의 미분가능성을 판단할 수 있다.
【2-2】 t가 −π<t<0 또는 0<t<π일 때 S(t)=sin(t2)이므로, 미분가능한 두 함수 sint와 t2의 합성함수인 S(t)는 미분가능하다. t가 −2π<t<−π 또는 π<t<2π일 때, S(t)=−sin(t2)이므로, 미분가능한 두 함수 −sint와 t2의 합성함수인 S(t)는 미분가능하다. 제시문 [나]와 [다]를 이용하여 t=0,±π일 때 미분가능성을 조사한다. t=0일 때h→0limhS(h)−S(0)=h→0limh1∣sin(h2)∣=h→0limhh2sin(h2)=0따라서, S(t)는 t=0에서 미분가능하다. t=π일 때h→0limhS(π+h)−S(π)=h→0limh∣sin(π+2πh+h2)∣=h→0limh∣sin(2πh+h2)∣이다. h→0+인 경우 0<h(2π+h)<π이므로, 제시문 [다]에 의해h→0+limhS(π+h)−S(π)=h→0+limhsin(2πh+h2)=h→0+lim(2π+h)(2π+h)hsin(2πh+h2)=2πh→0−인 경우 −π<h(2π+h)<0이므로, 제시문 [다]에 의해h→0−limhS(π+h)−S(π)=h→0−limh−sin(2πh+h2)=−h→0−lim(2π+h)(2π+h)hsin(2πh+h2)=−2π좌극한과 우극한이 다르므로 S(t)는 t=π에서 미분가능하지 않다. 그리고 S(t)=S(−t)이므로 대칭에 의해 S(t)는 t=−π에서 미분가능하지 않다.
· 【2-3】 제시문 [나]를 이용하여 곡선 위의 한 점에서의 접선의 방정식을 구하고, 이 접선이 원과 만나는 기하 상황을 설명할 수 있다.
제시문 [라]의 점과 직선의 사이의 거리를 구하는 식 또는 이차방정식의 판별식을 이용하여 삼각함수가 포함된 부등식을 구하고 이 부등식으로부터 θ의 범위를 구할 수 있다.
【2-3】 직선 OR의 방정식은 y=(tanθ)x이고 곡선 y=x1과의 교점이 R(a,a1)이므로 atanθ=a1를 만족하고 a2=cotθ이다.
제시문 [나]에 의해, 점 R(a,a1)에서의 접선의 방정식은 x+a2y−2a=0이고 제시문 [라]에 의해 원점과 접선 사이의 거리는 1+a42a가 된다. 이 거리가 원의 반지름 341보다 작거나 같으면 접선과 원이 만나므로 a는 부등식 4a2≤3(1+a4)을 만족한다. 이 부등식은 a2에 관한 이차부등식이고 인수분해를 하면(3a2−1)(a2−3)≥0을 만족하므로 cotθ=a2≥3 또는 cotθ=a2≤31이다. a>1이므로 cotθ>1이고 0<θ<4π이다. 따라서 cotθ≥3이고 0<θ≤6π이다.
· 【2-4】 제시문 [라]를 이용하여 두 교점 사이의 거리를 θ에 관한 함수로 나타낼 수 있다.
제시문 [다]의 삼각함수의 극한을 이용하여 극한을 구할 수 있다.
【2-4】 문항 【2-3】의 풀이에서 접선 x+a2y−2a=0에 대하여 원점 O에서 내린 수선의 발을 T라 하면 선분 OT의 길이는 원점과 접선 사이의 거리 1+a42a와 같다. 삼각형 OTA는 직각삼각형이므로 피타고라스 정리에 의해 {2l(θ)}2=3−(1+a42a)2이고θ{l(θ)}2−43=(1+a4)θ−16a2=(1+cot2θ)θ−16cotθ=−16θsinθcosθ따라서, θ→0+limθ{l(θ)}2−43=−16이다.
고등학교 교육과정에서 필수적으로 다루어지는 미적분 내용인 삼각함수의 정의와 활용, 함수의 극한, 삼각함수의 덧셈정리 등을 이용할 수 있는지와 미분계수의 정의, 함수의 미분가능성, 미분계수와 접선의 기울기 사이의 관계 등을 잘 이해하고 이를 기하학적 문제에 활용할 수 있는지 평가한다. 구체적인 채점기준은 다음과 같다.