수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중

문제 1-A

(1) 주머니 A\displaystyle A, B\displaystyle B에서 각각 1개씩 구슬을 꺼내는 모든 경우의 수는 5×5=25\displaystyle 5\times5=25이다. 주머니 A\displaystyle A에 들어 있는 숫자 1의 두 구슬을 구분하여 1a, 1b로 나타내고, 주머니 B\displaystyle B에 들어 있는 숫자 2의 두 구슬을 2a, 2b로 나타낸다. 그러면 m+n\displaystyle m+n이 6 이상이 되는 경우는 (1a, 5), (1b, 5), (2, 4), (2, 5), (3, 4), (3, 5), (5, 1), (5, 2a), (5, 2b), (5, 4), (5, 5)로, 이 경우의 수는 11이다. 따라서 구하는 확률은 1125\displaystyle \frac{11}{25}이다.

(2) 주머니에서 처음 꺼낸 구슬 위의 숫자 합 m+n\displaystyle m+n이 6 이상인 사건을 C\displaystyle C, 처음 꺼낸 구슬 위의 숫자 합 m+n\displaystyle m+n이 5 이하이고 두 번째 꺼낸 구슬 위의 숫자 합이 6 이상인 사건을 D\displaystyle D, 최종 점수가 6점 이상인 사건을 E\displaystyle E라 하자. 두 사건 C\displaystyle CD\displaystyle D는 서로 배반사건이므로,P(E)=P(CD)=P(C)+P(D)=1125+(11125)×1125\displaystyle P(E)=P(C\cup D)=P(C)+P(D)=\frac{11}{25}+\left(1-\frac{11}{25}\right)\times\frac{11}{25}이다. 따라서 최종 점수가 6점 이상일 때, 주머니에서 구슬을 한 번씩만 꺼냈을 확률은P(CE)=P(EC)P(E)=11251125+(11125)×1125=2539\displaystyle P(C\mid E)=\frac{P(E\cap C)}{P(E)}=\frac{\frac{11}{25}}{\frac{11}{25}+\left(1-\frac{11}{25}\right)\times\frac{11}{25}}=\frac{25}{39}이다.

문제 1-B

(p,q)\displaystyle (p,q)와 직선 ax+by+c=0\displaystyle ax+by+c=0 사이의 거리는ap+bq+ca2+b2\displaystyle \left|\frac{ap+bq+c}{\sqrt{a^2+b^2}}\right|이다. 단위원 x2+y2=1\displaystyle x^2+y^2=1 위의 점을 P(cosθ,sinθ)\displaystyle P(\cos\theta,\sin\theta)로 나타내면d1(θ)=3cosθ+4sinθ85,d2(θ)=4cosθ3sinθ+65\displaystyle d_1(\theta)=\left|\frac{3\cos\theta+4\sin\theta-8}{5}\right|,\quad d_2(\theta)=\left|\frac{4\cos\theta-3\sin\theta+6}{5}\right|이다. 사인의 덧셈정리에 의해3cosθ+4sinθ=5(35cosθ+45sinθ)=5sin(α+θ)5\displaystyle |3\cos\theta+4\sin\theta|=\left|5\left(\frac35\cos\theta+\frac45\sin\theta\right)\right|=|5\sin(\alpha+\theta)|\le54cosθ3sinθ=5(45cosθ35sinθ)=5sin(β+θ)5\displaystyle |4\cos\theta-3\sin\theta|=\left|5\left(\frac45\cos\theta-\frac35\sin\theta\right)\right|=|5\sin(\beta+\theta)|\le5(α\displaystyle \alphasinα=35\displaystyle \sin\alpha=\frac35, cosα=45\displaystyle \cos\alpha=\frac45인 각이고, β\displaystyle \betasinβ=45\displaystyle \sin\beta=\frac45, cosβ=35\displaystyle \cos\beta=-\frac35인 각)가 성립하므로d1(θ)=3cosθ4sinθ+85,d2(θ)=4cosθ3sinθ+65\displaystyle d_1(\theta)=\frac{-3\cos\theta-4\sin\theta+8}{5},\quad d_2(\theta)=\frac{4\cos\theta-3\sin\theta+6}{5}이다. 따라서 두 거리의 합은d(θ)=d1(θ)+d2(θ)=145+cosθ7sinθ5\displaystyle d(\theta)=d_1(\theta)+d_2(\theta)=\frac{14}{5}+\frac{\cos\theta-7\sin\theta}{5}이다. 도함수를 구하면d(θ)=15(sinθ7cosθ)\displaystyle d^{\prime}(\theta)=\frac15(-\sin\theta-7\cos\theta)이므로, d(θ)\displaystyle d(\theta)의 극값은 sinθ=7cosθ\displaystyle \sin\theta=-7\cos\theta일 때 발생한다. 이 때cos2θ+sin2θ=1\displaystyle \cos^2\theta+\sin^2\theta=1로부터 cosθ=±150, sinθ=750, d(θ)=145±2\displaystyle \cos\theta=\pm\frac1{\sqrt{50}},\ \sin\theta=\mp\frac7{\sqrt{50}},\ d(\theta)=\frac{14}{5}\pm\sqrt2이다.따라서 d1+d2\displaystyle d_1+d_2가 최소가 되는 점 P\displaystyle P의 좌표는 (150,750)\displaystyle \left(-\frac1{\sqrt{50}},\frac7{\sqrt{50}}\right)이다.

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