수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
· (1) f(t)=t21\displaystyle f(t)=t^2-1, g(t)=lnt\displaystyle g(t)=\ln t, h(t)=lntt2\displaystyle h(t)=\frac{\ln t}{t^2}를 바르게 계산

(1) t>1\displaystyle t>1에서 두 함수 f(t)\displaystyle f(t)g(t)\displaystyle g(t)를 정의하면 다음과 같다.f(t)=1t2xdx=t21\displaystyle f(t)=\int_1^t2x\,dx=t^2-1g(t)=1t1xdx=lnt\displaystyle g(t)=\int_1^t\frac1x\,dx=\ln t따라서,h(t)=lntt2\displaystyle h(t)=\frac{\ln t}{t^2}이다.

· ddth(t)=1t3(12lnt)\displaystyle \frac d{dt}h(t)=\frac1{t^3}(1-2\ln t)를 바르게 계산

함수 h(t)\displaystyle h(t)의 도함수는ddth(t)=1t1t2+lnt(2)1t3=1t3(12lnt)\displaystyle \begin{aligned}\frac d{dt}h(t)&=\frac1t\cdot\frac1{t^2}+\ln t\cdot(-2)\cdot\frac1{t^3}\\&=\frac1{t^3}(1-2\ln t)\end{aligned}이다. ddth(t)=0\displaystyle \frac d{dt}h(t)=0t\displaystyle t는 유일하게 lnt=12\displaystyle \ln t=\frac12일 때 존재한다.

· t=e\displaystyle t=\sqrt e에서 최댓값임을 바르게 판정함

d2dt2h(t)=(3)1t4(12lnt)21t4=1t4(56lnt)\displaystyle \begin{aligned}\frac{d^2}{dt^2}h(t)&=(-3)\cdot\frac1{t^4}\cdot(1-2\ln t)-2\cdot\frac1{t^4}\\&=-\frac1{t^4}\cdot(5-6\ln t)\end{aligned}이므로 d2dt2h(t)\displaystyle \frac{d^2}{dt^2}h(t)lnt=12\displaystyle \ln t=\frac12일 때 음수이다.따라서 t=e\displaystyle t=\sqrt e일 때 h(t)\displaystyle h(t)가 최대가 되며 최댓값은 12e\displaystyle \frac1{2e}이다.

· (2) 제일 아랫면이 변이 n\displaystyle n개인 삼각형임을 알고, 공의 개수 n(n+1)2\displaystyle \frac{n(n+1)}2을 정확히 계산

(2) 이 사면체의 제일 밑면은 한 변이 n\displaystyle n개인 삼각형이다. 이 삼각형을 이루는 공의 개수는 을 만드는 공의 개수는1+2++n=i=ini=n(n+1)2\displaystyle 1+2+\ldots+n=\sum_{i=i}^ni=\frac{n(n+1)}2이다.Correction. 합 기호의 아래 첨자 i=i\displaystyle i=ii=1\displaystyle i=1의 오기이다. 직전 문장의 “공의 개수는 을 만드는 공의 개수는”도 중복된 표현이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

· 구하고자 하는 값이 k=1nk2+k2\displaystyle \sum_{k=1}^n\frac{k^2+k}2임을 바르게 유도

이때, n\displaystyle n개의 층으로 이루어진 정사면체를 이루는 공의 개수를 an\displaystyle a_n이라고 하면, an\displaystyle a_n은 위에서부터 1단, 2단,...n\displaystyle n단을 이루는 공의 개수의 합으로 표현할 수 있다. 이때, k\displaystyle k번째 단의 공의 개수는 한변이 k\displaystyle k개인 정사면체의 제일 밑면의 공의 개수와 같다.

· 전체의 합 n(n+1)(n+2)6\displaystyle \frac{n(n+1)(n+2)}6을 바르게 계산

따라서 an\displaystyle a_n은 다음과 같이 계산할 수 있다.an=12k=1n(k2+k)=12(n(n+1)(2n+1)6+n(n+1)2)=n(n+1)(n+2)6\displaystyle a_n=\frac12\sum_{k=1}^n(k^2+k)=\frac12\left(\frac{n(n+1)(2n+1)}6+\frac{n(n+1)}2\right)=\frac{n(n+1)(n+2)}6

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