수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

함수 f(x)=x\displaystyle f(x)=\sqrt{x}의 그래프 위의 두 점 (a,f(a))\displaystyle (a,f(a))와 (b,f(b))\displaystyle (b,f(b))를 지나는 직선과 같은 기울기를 가지는 접선의 접점의 x\displaystyle x좌표를 c\displaystyle c라고 할 때, 다음 물음에 답하시오. 단, 0<a<c<b\displaystyle 0<a<c<b이다. [총25점]

(1) b−a=h\displaystyle b-a=h로 두고, c\displaystyle c를 a\displaystyle a와 h\displaystyle h에 대한 식으로 나타내시오. [8점]

(2) lim⁡b→ac−ab−a\displaystyle \lim_{b\to a}\frac{c-a}{b-a}의 값을 구하시오. [7점]

(3) b=4a\displaystyle b=4a라고 하고, 구간 [a,b]\displaystyle [a,b]와 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 사이의 넓이를 S\displaystyle S, 네 점 (a,0)\displaystyle (a,0), (c,0)\displaystyle (c,0), (c,f(c))\displaystyle (c,f(c)), (a,f(a))\displaystyle (a,f(a))를 꼭짓점으로 하는 사다리꼴의 넓이를 S1\displaystyle S_1, 네 점 (c,0)\displaystyle (c,0), (b,0)\displaystyle (b,0), (b,f(b))\displaystyle (b,f(b)), (c,f(c))\displaystyle (c,f(c))를 꼭짓점으로 하는 사다리꼴의 넓이를 S2\displaystyle S_2라고 할 때, S:(S1+S2)\displaystyle S:(S_1+S_2)를 정수의 비율로 나타내시오. [10점]

해설강의 준비중
+8점 · (1) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~7등급으로 채점한다.

(1)① 두 점 (a,f(a)),(b,f(b))\displaystyle (a,f(a)),(b,f(b))를 지나는 직선의 기울기는 f(b)−f(a)b−a\displaystyle \frac{f(b)-f(a)}{b-a}이고,② x=c\displaystyle x=c인 점에서의 접선의 기울기는 f′(c)=12c\displaystyle f^{\prime}(c)=\frac1{2\sqrt c}이다.③ 따라서 b−a=h\displaystyle b-a=h라 하면f(b)−f(a)b−a=a+h−ah=f′(c)=12c\displaystyle \frac{f(b)-f(a)}{b-a}=\frac{\sqrt{a+h}-\sqrt a}h=f^{\prime}(c)=\frac1{2\sqrt c}이다.④ c=h2(a+h−a)=12(a+h+a)\displaystyle \sqrt c=\frac h{2(\sqrt{a+h}-\sqrt a)}=\frac12(\sqrt{a+h}+\sqrt a)이므로양변을 제곱하면 c=14(2a+h+2a2+ah)\displaystyle c=\frac14(2a+h+2\sqrt{a^2+ah})이다.

+7점 · (2) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~7등급으로 채점한다.

(2)① c−a=14(−2a+h+2a2+ah)\displaystyle c-a=\frac14(-2a+h+2\sqrt{a^2+ah})이므로② lim⁡b→ac−ab−a=lim⁡h→02a2+ah−(2a−h)4h\displaystyle \lim_{b\to a}\frac{c-a}{b-a}=\lim_{h\to0}\frac{2\sqrt{a^2+ah}-(2a-h)}{4h}③ =lim⁡h→04(a2+ah)−(2a−h)24h(2a2+ah+(2a−h))\displaystyle =\lim_{h\to0}\frac{4(a^2+ah)-(2a-h)^2}{4h(2\sqrt{a^2+ah}+(2a-h))}④ =lim⁡h→08a−h4(2a2+ah+(2a−h))=12\displaystyle =\lim_{h\to0}\frac{8a-h}{4(2\sqrt{a^2+ah}+(2a-h))}=\frac12

+10점 · (3) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~7등급으로 채점한다.

(3)① c=14(2a+3a+2a2+3a2)=14(5a+4a)=94a\displaystyle c=\frac14(2a+3a+2\sqrt{a^2+3a^2})=\frac14(5a+4a)=\frac94a② S=∫a4ax dx=[23xx]a4a=23(8−1)aa=143aa\displaystyle S=\int_a^{4a}\sqrt x\,dx=\Biggl[\frac23x\sqrt x\Biggr]_a^{4a}=\frac23(8-1)a\sqrt a=\frac{14}3a\sqrt a③ S1=f(a)+f(c)2⋅(c−a)=a+32a2⋅(94a−a)=54a⋅54a=2516aa\displaystyle \begin{aligned}S_1&=\frac{f(a)+f(c)}2\cdot(c-a)=\frac{\sqrt a+\frac32\sqrt a}2\cdot\left(\frac94a-a\right)\\&=\frac54\sqrt a\cdot\frac54a=\frac{25}{16}a\sqrt a\end{aligned}④ S2=f(c)+f(b)2⋅(b−c)=32a+2a2⋅(4a−94a)=74a⋅74a=4916aa\displaystyle \begin{aligned}S_2&=\frac{f(c)+f(b)}2\cdot(b-c)=\frac{\frac32\sqrt a+2\sqrt a}2\cdot\left(4a-\frac94a\right)\\&=\frac74\sqrt a\cdot\frac74a=\frac{49}{16}a\sqrt a\end{aligned}∴ S1+S2=(2516+4916)aa=7416aa\displaystyle \therefore\ S_1+S_2=\left(\frac{25}{16}+\frac{49}{16}\right)a\sqrt a=\frac{74}{16}a\sqrt a⑤ 따라서 S:(S1+S2)=143:7416=224:222\displaystyle S:(S_1+S_2)=\frac{14}3:\frac{74}{16}=224:222 또는 112:111\displaystyle 112:111이다.

* 각 문제에 대하여 아래에 제시된 예시답안과 같이 단계에 따라 1등급~7등급으로 채점한다.이후 등급을 해당 문제의 점수로 환산하여 총점을 계산한다.

* 도출 과정이 옳으나 계산 결과가 정확히 일치하지 않으면 1등급을 감점한다.

* 답안을 서술하면서 식만 나열하고, 논리적인 설명이 없으면 1등급을 감점한다.

* 백지답안은 7등급을 부여한다.

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