수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 I 1번

문제

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해설강의 준비중
+12점 · 주어진 조건으로부터 A와 B의 위치를 올바른 함수로 표현하고 이로부터 위치가 같은 시각을 정확하게 계산할 수 있다.

(1) 점 A의 시각 t\displaystyle t에서의 위치를 A(t)\displaystyle A(t), 점 B의 시각 t\displaystyle t에서의 위치를 B(t)\displaystyle B(t)라고 하면A(t)=0t(6x2)dx=3t22t,B(t)=A(t2)=3t42t2\displaystyle A(t)=\int_0^t(6x-2)dx=3t^2-2t,\quad B(t)=A(t^2)=3t^4-2t^2이다. 이 때 d(t)=B(t)A(t)\displaystyle d(t)=B(t)-A(t)로 놓으면d(t)=B(t)A(t)=3t42t2(3t22t)=3t45t2+2t=t(t1)(3t2+3t2)\displaystyle d(t)=B(t)-A(t)=3t^4-2t^2-(3t^2-2t)=3t^4-5t^2+2t=t(t-1)(3t^2+3t-2)이고, 점 A와 점 B가 t=0\displaystyle t=0 이후 다시 만나는 시각은 방정식 d(t)=0\displaystyle d(t)=0의 양수 해이다. 이 양수 해는 t=3+336\displaystyle t=\frac{-3+\sqrt{33}}6, t=1\displaystyle t=1이다.

+18점 · 주어진 조건으로부터 A와 B 사이의 거리를 올바른 함수로 표현하고 이 함수의 최대·최소를 정확하게 계산할 수 있다.

(2) 3+336<1\displaystyle \frac{-3+\sqrt{33}}6<1이므로 두 점은 t=1\displaystyle t=1에서 마지막으로 만난다.0<t<1\displaystyle 0<t<1의 범위에서 두 점 사이의 거리 d(t)\displaystyle |d(t)|가 최대가 되기 위해서는 d(t)\displaystyle d(t)가 최대 또는 최소여야 한다. 함수 d(t)\displaystyle d(t)의 도함수는d(t)=12t310t+2=2(t+1)(6t26t+1)\displaystyle d^{\prime}(t)=12t^3-10t+2=2(t+1)(6t^2-6t+1)이므로 d(t)\displaystyle d(t)t1=336\displaystyle t_1=\frac{3-\sqrt3}6t2=3+36\displaystyle t_2=\frac{3+\sqrt3}6에서 극값을 갖고 0<t1<t2<1\displaystyle 0<t_1<t_2<1이다.t1\displaystyle t_1t2\displaystyle t_26t26t+1=0\displaystyle 6t^2-6t+1=0의 해이므로 ti2=ti16\displaystyle t_i^2=t_i-\frac16, ti2ti=16\displaystyle t_i^2-t_i=-\frac16 (단, i=1,2\displaystyle i=1,2)을 이용하여 d(t1)\displaystyle d(t_1)d(t2)\displaystyle d(t_2)를 구하면 다음과 같다.d(t1)=(t12t1)(3t12+3t12)=16(6t152)=t1+512=1+2312\displaystyle d(t_1)=(t_1^2-t_1)(3t_1^2+3t_1-2)=-\frac16\left(6t_1-\frac52\right)=-t_1+\frac5{12}=\frac{-1+2\sqrt3}{12}d(t2)=16(6t252)=t2+512=12312\displaystyle d(t_2)=-\frac16\left(6t_2-\frac52\right)=-t_2+\frac5{12}=\frac{-1-2\sqrt3}{12}d(t2)>d(t1)\displaystyle |d(t_2)|>|d(t_1)|이므로 0<t<1\displaystyle 0<t<1에서 두 점 사이의 거리는 시각 t2=3+36\displaystyle t_2=\frac{3+\sqrt3}6에서 최대가 되고 이 때의 거리는 d(t2)=1+2312\displaystyle |d(t_2)|=\frac{1+2\sqrt3}{12}이다.

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