수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
1-A (1) · - 타원 C\displaystyle C에 대한 기울기 m\displaystyle m인 접선의 방정식은 y=mx±8m2+2\displaystyle y=mx\pm\sqrt{8m^2+2}P(4,6)\displaystyle P(4,\sqrt6)를 지나는 기울기 m\displaystyle m인 직선의 방정식은 y=m(x4)+6\displaystyle y=m(x-4)+\sqrt6이므로, 기울기 m\displaystyle m±8m2+2=64m\displaystyle \pm\sqrt{8m^2+2}=\sqrt6-4m을 만족 - 이차방정식 2m226m+1=0\displaystyle 2m^2-2\sqrt6m+1=0을 얻고, m=6±22\displaystyle m=\frac{\sqrt6\pm2}2

문제 1-A(1) 중심이 원점에 놓인 타원 x2a2+y2b2=1\displaystyle \frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1에 접하는 기울기 m\displaystyle m인 직선의 방정식은y=mx±a2m2+b2\displaystyle y=mx\pm\sqrt{a^2m^2+b^2}이므로, 타원 C\displaystyle C에 대한 기울기 m\displaystyle m인 접선의 방정식은y=mx±8m2+2\displaystyle y=mx\pm\sqrt{8m^2+2}이다. 한편 점 P(4,6)\displaystyle P(4,\sqrt6)를 지나는 기울기 m\displaystyle m인 직선의 방정식은 y=m(x4)+6\displaystyle y=m(x-4)+\sqrt6로 나타낸다. 따라서 기울기 m\displaystyle m은 다음의 방정식을 만족한다.±8m2+2=64m\displaystyle \pm\sqrt{8m^2+2}=\sqrt6-4m위 식을 제곱하여 이차방정식 2m226m+1=0\displaystyle 2m^2-2\sqrt6m+1=0을 얻고, 이로부터 m=6±22\displaystyle m=\frac{\sqrt6\pm2}2을 구한다.

1-A (2) · - 두 접선이 이루는 각은 θ=θ2θ1\displaystyle \theta=\theta_2-\theta_1을 만족 - tanθ=tan(θ2θ1)=(6+22)(622)1+(6+22)(622)=43\displaystyle \tan\theta=\tan(\theta_2-\theta_1)=\frac{\left(\frac{\sqrt6+2}2\right)-\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)}{1+\left(\frac{\sqrt6+2}2\right)\cdot\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)}=\frac43 - 구간 [0,90)\displaystyle [0^\circ,90^\circ)에서 y=tanθ\displaystyle y=\tan\theta는 단조증가함수이고 tan60=3>43\displaystyle \tan60^\circ=\sqrt3>\frac43이므로, θ<60\displaystyle \theta<60^\circ

(2) 두 접선 1,2\displaystyle \ell_1,\ell_2가 양의 x\displaystyle x축과 이루는 각을 각각 θ1,θ2\displaystyle \theta_1,\theta_2라 하면, 두 접선이 이루는 각은 θ=θ2θ1\displaystyle \theta=\theta_2-\theta_1을 만족한다. tanθ1=622\displaystyle \tan\theta_1=\frac{\sqrt6-2}2, tanθ2=6+22\displaystyle \tan\theta_2=\frac{\sqrt6+2}2임을 이용하여 tanθ\displaystyle \tan\theta를 구하면tanθ=tan(θ2θ1)=(6+22)(622)1+(6+22)(622)=43\displaystyle \tan\theta=\tan(\theta_2-\theta_1)=\frac{\left(\frac{\sqrt6+2}2\right)-\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)}{1+\left(\frac{\sqrt6+2}2\right)\cdot\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)}=\frac43이다. θ\displaystyle \theta의 구간 [0,90)\displaystyle [0^\circ,90^\circ)에서 y=tanθ\displaystyle y=\tan\theta는 단조증가함수이며 tan60=3>43\displaystyle \tan60^\circ=\sqrt3>\frac43이므로, θ<60\displaystyle \theta<60^\circ이다.

1-A (3) · - 각 θ\displaystyle \theta의 이등분선 \displaystyle \ell의 기울기는 tan(θ1+θ2)\displaystyle \tan\left(\theta_1+\frac\theta2\right)tanθ2=t\displaystyle \tan\frac\theta2=t로 치환하면 tanθ=2t1t2=43\displaystyle \tan\theta=\frac{2t}{1-t^2}=\frac43이고, θ\displaystyle \theta는 예각이므로 t=12\displaystyle t=\frac12tan(θ1+θ2)=(622)+121(622)12=63\displaystyle \tan\left(\theta_1+\frac\theta2\right)=\frac{\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)+\frac12}{1-\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)\cdot\frac12}=\frac{\sqrt6}3 이고, 직선 \displaystyle \ell의 방정식은 y=63(x4)+6=63x63\displaystyle y=\frac{\sqrt6}3(x-4)+\sqrt6=\frac{\sqrt6}3x-\frac{\sqrt6}3

(3) 이등분선 \displaystyle \ell이 양의 x\displaystyle x축과 이루는 각은 θ1+θ2\displaystyle \theta_1+\frac\theta2이므로, 직선 \displaystyle \ell의 기울기는 tan(θ1+θ2)\displaystyle \tan\left(\theta_1+\frac\theta2\right)이다. tanθ2=t\displaystyle \tan\frac\theta2=t로 치환하면 tanθ=2t1t2=43\displaystyle \tan\theta=\frac{2t}{1-t^2}=\frac43이고, θ\displaystyle \theta는 예각이므로 t=tanθ2=12\displaystyle t=\tan\frac\theta2=\frac12을 얻는다. 따라서tan(θ1+θ2)=(622)+121(622)12=63\displaystyle \tan\left(\theta_1+\frac\theta2\right)=\frac{\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)+\frac12}{1-\left(\frac{\sqrt6-2}2\right)\cdot\frac12}=\frac{\sqrt6}3 이고,직선 \displaystyle \ell의 방정식은 y=63(x4)+6=63x63\displaystyle y=\frac{\sqrt6}3(x-4)+\sqrt6=\frac{\sqrt6}3x-\frac{\sqrt6}3 이다.

1-B (1) · - 구형기계를 사용하는 사건을 A\displaystyle A라 하면, 구형기계와 신형기계로부터 0.2kg 이하의 금이 생산될 확률은 각각 P(W0.2A)=P(0.5X0.2)\displaystyle P(W\le0.2\mid A)=P(0.5X\le0.2), P(W0.2Ac)=P(0.6X0.2)\displaystyle P(W\le0.2\mid A^c)=P(0.6X\le0.2)P(W0.2A)=P(0.5X0.2)=P(X25)=02/522xdx=1625\displaystyle P(W\le0.2\mid A)=P(0.5X\le0.2)=P\left(X\le\frac25\right)=\int_0^{2/5}2-2x\,dx=\frac{16}{25}P(W0.2Ac)=P(0.6X0.2)=P(X13)=01/322xdx=59\displaystyle P(W\le0.2\mid A^c)=P(0.6X\le0.2)=P\left(X\le\frac13\right)=\int_0^{1/3}2-2x\,dx=\frac59

문제 1-B(1) 기계는 신형과 구형 두 종류밖에 없으므로, 금을 제련할 때 구형기계를 사용하는 사건을 A\displaystyle A라 하면, 신형 기계를 사용하는 사건을 Ac\displaystyle A^c라 할 수 있다. 원석가루 1톤으로부터 생산된 금의 양이 0.2 kg이하인 사건은 B\displaystyle B라 하자. 이때, 각각의 확률은 다음과 같이 계산될 수 있다.- 구형기계로부터 0.2kg 이하의 금이 생산될 확률P(BA)=P(W0.2A)=P(0.5X0.2)=P(X25)=02/522xdx=1625\displaystyle P(B\mid A)=P(W\le0.2\mid A)=P(0.5X\le0.2)=P\left(X\le\frac25\right)=\int_0^{2/5}2-2x\,dx=\frac{16}{25}- 신형기계로부터 0.2kg 이하의 금이 생산될 확률P(BAc)=P(W0.2Ac)=P(0.6X0.2)=P(X13)=01/322xdx=59\displaystyle P(B\mid A^c)=P(W\le0.2\mid A^c)=P(0.6X\le0.2)=P\left(X\le\frac13\right)=\int_0^{1/3}2-2x\,dx=\frac59

1-B (2) · - 원석가루 1톤으로부터 0.2 kg 이하의 금을 생산하는 사건을 B\displaystyle B라 하면, 구해야 할 확률은 조건부 확률 P(AB)\displaystyle P(A\mid B)이고, P(AB)=P(AB)P(B)\displaystyle P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}P(B)=P(AB)+P(AcB)=1101625+91059\displaystyle P(B)=P(A\cap B)+P(A^c\cap B)=\frac1{10}\cdot\frac{16}{25}+\frac9{10}\cdot\frac59P(AB)=1101625\displaystyle P(A\cap B)=\frac1{10}\cdot\frac{16}{25}이므로 P(AB)=16141\displaystyle P(A\mid B)=\frac{16}{141}

(2) 임의의 기계를 이용해 원석가루 1톤으로부터 0.2 kg 이하의 금을 생산하는 사건(B\displaystyle B)이 일어났을 때, 그 기계가 구형이었을 사건(A\displaystyle A)의 확률은 조건부 확률 P(AB)\displaystyle P(A\mid B)이다. 제시문에 따르면,P(AB)=P(AB)P(B)\displaystyle P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}이므로, 확률 P(AB)\displaystyle P(A\cap B)와 확률 P(B)\displaystyle P(B)를 구해야 한다.사건 B\displaystyle B는 사건 A\displaystyle A 아니면 사건 Ac\displaystyle A^c와 동시에 발생하고 그 외의 경우는 없다. 따라서 사건 B\displaystyle B가 발생할 확률은 사건 B\displaystyle B와 사건 A\displaystyle A가 동시에 발생하는 확률과 사건 B\displaystyle B와 사건 Ac\displaystyle A^c가 동시에 발생하는 확률의 합이 된다. 따라서 다음의 등식을 얻는다.P(B)=P(AB)+P(AcB)\displaystyle P(B)=P(A\cap B)+P(A^c\cap B)위 (1)에서 구한 조건부 확률들을 이용해 우변의 두 항을 구하면 다음과 같다.P(AB)=P(A)P(BA)=1101625\displaystyle P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B\mid A)=\frac1{10}\cdot\frac{16}{25}P(AcB)=P(Ac)P(BAc)=91059\displaystyle P(A^c\cap B)=P(A^c)\cdot P(B\mid A^c)=\frac9{10}\cdot\frac59따라서 다음과 같이 조건부 확률 P(AB)\displaystyle P(A\mid B)를 구할 수 있다.P(AB)=P(AB)P(B)=11016251101625+91059=1616+125=16141\displaystyle P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}=\frac{\frac1{10}\cdot\frac{16}{25}}{\frac1{10}\cdot\frac{16}{25}+\frac9{10}\cdot\frac59}=\frac{16}{16+125}=\frac{16}{141}

- 가점 요인: 정확한 근거의 논리적 제시, 공식 유도 능력 등을 종합적으로 판단하여 결정

- 감점 요인: 비논리적 전개, 불완전한 수식의 표현, 계산능력 부족 등을 종합적으로 판단하여 결정

* 가점, 감점은 총 15점 중 최대 1점까지로 제한한다.

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