수리논술, 이게 다다.

약학부 1번

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동일 문항

문제

<가>이차방정식 ax2+bx+c=0\displaystyle ax^2+bx+c=0의 두 근을 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta라 하면α+β=−ba\displaystyle \alpha+\beta=-\frac ba, αβ=ca\displaystyle \alpha\beta=\frac ca이다.

<나>삼차방정식 ax3+bx2+cx+d=0\displaystyle ax^3+bx^2+cx+d=0의 세 근을 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta, γ\displaystyle \gamma라 하면ax3+bx2+cx+d=a(x−α)(x−β)(x−γ)\displaystyle ax^3+bx^2+cx+d=a(x-\alpha)(x-\beta)(x-\gamma)이다. 우변을 전개하여 정리하면 다음과 같다.ax3+bx2+cx+d=ax3−a(α+β+γ)x2+a(αβ+βγ+γα)x−aαβγ\displaystyle ax^3+bx^2+cx+d=ax^3-a(\alpha+\beta+\gamma)x^2+a(\alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha)x-a\alpha\beta\gammaa≠0\displaystyle a\ne0이므로 양변을 a\displaystyle a로 나누면x3+bax2+cax+da=x3−(α+β+γ)x2+(αβ+βγ+γα)x−αβγ\displaystyle x^3+\frac bax^2+\frac cax+\frac da=x^3-(\alpha+\beta+\gamma)x^2+(\alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha)x-\alpha\beta\gamma이고 이 등식은 x\displaystyle x에 관한 항등식이므로 양변에 있는 동류항의 계수를 비교하면α+β+γ=−ba\displaystyle \alpha+\beta+\gamma=-\frac ba, αβ+βγ+γα=ca\displaystyle \alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha=\frac ca, αβγ=−da\displaystyle \alpha\beta\gamma=-\frac da이다. 이를 정리하면 다음과 같은 삼차방정식의 근과 계수의 관계를 알 수 있다.삼차방정식 ax3+bx2+cx+d=0\displaystyle ax^3+bx^2+cx+d=0의 세 근을 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta, γ\displaystyle \gamma라 하면α+β+γ=−ba\displaystyle \alpha+\beta+\gamma=-\frac ba, αβ+βγ+γα=ca\displaystyle \alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha=\frac ca, αβγ=−da\displaystyle \alpha\beta\gamma=-\frac da이다.

제시문 <가>와 <나>를 읽고 다음 문제에 답하시오.

1-1. 점 (a,b)\displaystyle (a,b)가 원점을 중심으로 하고 반지름이 2\displaystyle 2인 원 위의 점일 때 a+b\displaystyle a+b의 값의 범위를 구하시오.

1-2. x\displaystyle x에 대한 삼차방정식 x3−(2+2)tx2+(1+22)t2x−2=0\displaystyle x^3-(2+\sqrt2)tx^2+(1+2\sqrt2)t^2x-\sqrt2=0의 세 실근을 α,β,γ\displaystyle \alpha,\beta,\gamma라고 하자. 점 (α,β)\displaystyle (\alpha,\beta)가 원점을 중심으로 하고 반지름이 γ>0\displaystyle \gamma>0인 원 위의 점이 되게 하는 양의 실수 t\displaystyle t를 구하시오.

해설강의 준비중
1단계 · <1-1>에서 원의 방정식의 의미를 이해한다.

■ 1-1.점 (a,b)\displaystyle (a,b)가 원점을 중심으로 하고 반지름이 2\displaystyle 2인 원 위의 점이므로 a2+b2=4\displaystyle a^2+b^2=4를 만족시킨다.

2단계 · <1-1>에서 이차방정식의 근과 계수와의 관계를 이해한다.

a+b=t\displaystyle a+b=t라고 하면 (a+b)2=a2+b2+2ab\displaystyle (a+b)^2=a^2+b^2+2ab로부터 t2=4+2ab\displaystyle t^2=4+2ab이고 ab=t2−42\displaystyle ab=\frac{t^2-4}{2}이다. a,b\displaystyle a,b는 이차방정식x2−(a+b)x+ab=x2−tx+t2−42=0\displaystyle x^2-(a+b)x+ab=x^2-tx+\frac{t^2-4}{2}=0의 두 실근이다.

3단계 · <1-1>에서 판별식으로부터 얻은 이차부등식을 풀 수 있다.

이차방정식이 두 실근을 가지므로 판별식 D=t2−4(t2−4)2=−t2+8≥0\displaystyle D=t^2-\frac{4(t^2-4)}2=-t^2+8\ge0이다. t\displaystyle t에 대한 이차부등식을 풀면 −22≤t≤22\displaystyle -2\sqrt2\le t\le2\sqrt2이다. 따라서 a+b\displaystyle a+b의 범위는 −22≤a+b≤22\displaystyle -2\sqrt2\le a+b\le2\sqrt2이다.

4단계 · <1-2>에서 원의 방정식의 의미를 이해한다.
5단계 · <1-2>에서 삼차방정식의 근과 계수와의 관계를 이해한다.

■ 1-2.삼차방정식의 근과 계수의 관계로부터α+β+γ=(2+2)t\displaystyle \alpha+\beta+\gamma=(2+\sqrt2)t, αβ+βγ+γα=(1+22)t2\displaystyle \alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha=(1+2\sqrt2)t^2, αβγ=2\displaystyle \alpha\beta\gamma=\sqrt2이다.

점 (α,β)\displaystyle (\alpha,\beta)가 원점을 중심으로 하고 반지름이 γ>0\displaystyle \gamma>0인 원 위의 점이므로 α2+β2=γ2\displaystyle \alpha^2+\beta^2=\gamma^2을 만족시킨다.

한편 다항식의 곱셈 공식을 이용하면α2+β2+γ2=(α+β+γ)2−2(αβ+βγ+γα)={(2+2)t}2−2(1+22)t2=4t2\displaystyle \alpha^2+\beta^2+\gamma^2=(\alpha+\beta+\gamma)^2-2(\alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha)=\{(2+\sqrt2)t\}^2-2(1+2\sqrt2)t^2=4t^2이다. 따라서 2γ2=α2+β2+γ2=4t2\displaystyle 2\gamma^2=\alpha^2+\beta^2+\gamma^2=4t^2이고 γ\displaystyle \gamma와 t\displaystyle t가 모두 양의 실수이므로 γ=2t\displaystyle \gamma=\sqrt2t이다. 그러므로 α+β=(2+2)t−γ=2t\displaystyle \alpha+\beta=(2+\sqrt2)t-\gamma=2t이고 αβ=(1+22)t2−γ(α+β)=t2\displaystyle \alpha\beta=(1+2\sqrt2)t^2-\gamma(\alpha+\beta)=t^2이다.

6단계 · <1-2>에서 이차 및 삼차방정식의 근을 구할 수 있다.

α,β\displaystyle \alpha,\beta는 X\displaystyle X에 대한 이차방정식 X2−2tX+t2=0\displaystyle X^2-2tX+t^2=0의 두 근이다. 따라서, α=t\displaystyle \alpha=t이고 β=t\displaystyle \beta=t이다. 따라서 2=αβγ=2t3\displaystyle \sqrt2=\alpha\beta\gamma=\sqrt2t^3이고 이를 정리하면 t3−1=0\displaystyle t^3-1=0이다. t\displaystyle t는 양의 실수이므로 t=1\displaystyle t=1이다.

등급기준
1등급위의 6가지 기준을 모두 충족시키고 논리 전개가 완벽한 경우
2등급위의 6가지 기준을 모두 충족하나 논리 전개나 표현력이 다소 떨어지는 경우
3등급위의 6가지 기준 중 5가지 요건을 만족하는 경우
4등급위의 6가지 기준 중 ③과 ⑥ 요건을 충족시키고 나머지 요건 중 2가지를 만족시키는 경우
5등급위의 6가지 기준 중 4가지 요건을 만족하는 경우(4등급 기준 제외)
6등급위의 6가지 기준 중 3가지 요건을 만족하는 경우
7등급위의 6가지 기준 중 2가지 요건을 만족하는 경우
8등급위의 6가지 기준 중 1가지 요건을 만족하는 경우
9등급위의 6가지 기준을 전혀 충족시키지 못한 경우

각 세부 문제별로 다음과 같은 기준을 만족시켜야 한다.

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