수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

오류 제보

문제

아래 그림과 같이 반지름의 길이가 2π\displaystyle 2\pi인 원에 내접하는 정삼각형 ABC를 다음 세 조건을 만족하는 반지름의 길이가 r\displaystyle r인 원의 호로 이루어진 길 위로 굴리려고 한다.

(가) 정수 n\displaystyle n에 대하여 원 Cn\displaystyle C_n은 x\displaystyle x축 위에 차례대로 놓인 점 On\displaystyle O_n을 중심으로 하고 반지름의 길이가 r\displaystyle r인 원이고, 선분 OnOn+1\displaystyle O_nO_{n+1}의 길이는 n\displaystyle n의 값과 관계없이 모두 같다.(나) 원 Cn\displaystyle C_n과 원 Cn+1\displaystyle C_{n+1}의 두 교점 중 x\displaystyle x축 위쪽에서 만나는 점을 Pn\displaystyle P_n이라 할 때, 중심각의 크기가 π\displaystyle \pi보다 작은 부채꼴 OnPnPn−1\displaystyle O_nP_nP_{n-1}의 호 Pn−1Pn\displaystyle P_{n-1}P_n의 길이는 정삼각형 ABC의 한 변 AB의 길이와 같다.(다) 정삼각형 ABC의 한 꼭짓점 A가 점 P0\displaystyle P_0에 있을 때, 직선 AB는 원 C1\displaystyle C_1에 접하고, 직선 AC는 원 C0\displaystyle C_0에 접한다.

원의 호로 이루어진 길 위의 정삼각형

다음 물음에 답하시오. [총25점]

(1) 선분 AB의 길이와 반지름의 길이 r\displaystyle r (선분 OnPn\displaystyle O_nP_n의 길이)를 구하시오. [12점]

(2) 조건 (가)~(다)를 만족하는 원의 호로 이루어진 길을 따라 정삼각형 ABC가 한 바퀴 굴렀을 때 점 A가 점 A′으로 옮겨졌다. 선분 AA′의 길이를 구하시오. [5점]

(3) 위의 그림과 같이 원 C1\displaystyle C_1 위의 점 R와 원 C2\displaystyle C_2 위의 점 S를 연결한 직선이 두 원 C1\displaystyle C_1과 C2\displaystyle C_2에 동시에 접하고, 점 Q는 두 원 C1\displaystyle C_1과 C2\displaystyle C_2의 두 교점 중 P1\displaystyle P_1이 아닌 점이다. 선분 RS, 호 RQ, 호 QS로 둘러싸인 색칠된 도형의 넓이를 구하시오. [8점]

해설강의 준비중
+12점 · (1) 아래에 제시된 단계에 따라 1~6등급으로 채점한다.

(1)반지름의 길이가 2π\displaystyle 2\pi인 원에 내접하는 삼각형 ABC의 한 변의 길이는AB‾=2×2π×sin⁡π3=2×2π×cos⁡π6=2π3\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=2\times2\pi\times\sin\frac\pi3=2\times2\pi\times\cos\frac\pi6=2\pi\sqrt3이다.직선 AB가 점 P0\displaystyle P_0에서 원 C1\displaystyle C_1에 접하므로 직선 AB와 직선 O1P0\displaystyle O_1P_0는 서로 수직이고 직선 BC와 x\displaystyle x축은 서로 평행하므로 각 P0O1O0\displaystyle P_0O_1O_0의 크기는 π6\displaystyle \frac\pi6이다. 그러므로 각 P0O1P1\displaystyle P_0O_1P_1의 크기는 2π3\displaystyle \frac{2\pi}3이고 호 P0P1\displaystyle P_0P_1의 길이는 r×2π3\displaystyle r\times\frac{2\pi}3이다. 문제의 조건으로부터 선분 AB의 길이와 호 P0P1\displaystyle P_0P_1의 길이가 같으므로2π3=r×2π3\displaystyle 2\pi\sqrt3=r\times\frac{2\pi}3이고 이로부터 r=33\displaystyle r=3\sqrt3이다.

+5점 · (2) 아래에 제시된 단계에 따라 1~6등급으로 채점한다.

(2)선분 P0P1\displaystyle P_0P_1의 길이는 반지름의 길이가 33\displaystyle 3\sqrt3인 원의 중심각 2π3\displaystyle \frac{2\pi}3에 대응하는 현의 길이이므로2×33×sin⁡π3=9\displaystyle 2\times3\sqrt3\times\sin\frac\pi3=9이다. 따라서 △ABC\displaystyle \triangle\mathrm{ABC}가 주어진 길을 따라 한 바퀴 돌 때 선분 AA′의 길이는 3×P0P1‾=3×9=27\displaystyle 3\times\overline{P_0P_1}=3\times9=27이다.

+8점 · (3) 아래에 제시된 단계에 따라 1~6등급으로 채점한다.

(3)구하는 도형의 넓이는 사각형 RSO2O1\displaystyle RSO_2O_1의 넓이에서 부채꼴 O1RQ\displaystyle O_1RQ의 넓이와 부채꼴 O2QS\displaystyle O_2QS의 넓이, 그리고 삼각형 O1QO2\displaystyle O_1QO_2의 넓이의 합을 빼면 된다.사각형 RSO2O1\displaystyle RSO_2O_1의 넓이: 주어진 사각형은 직사각형이고 O1O2‾=P0P1‾\displaystyle \overline{O_1O_2}=\overline{P_0P_1}, O1R‾=r\displaystyle \overline{O_1R}=r이므로O1O2‾×O1R‾=9×33=273\displaystyle \overline{O_1O_2}\times\overline{O_1R}=9\times3\sqrt3=27\sqrt3부채꼴 O1RQ\displaystyle O_1RQ와 부채꼴 O2QS\displaystyle O_2QS의 넓이는 같고 이 부채꼴의 반지름의 길이는 r=33\displaystyle r=3\sqrt3, 중심각은 π3\displaystyle \frac\pi3이므로 각각의 넓이는 12r2θ=12×(33)2×π3=9π2\displaystyle \frac12r^2\theta=\frac12\times(3\sqrt3)^2\times\frac\pi3=\frac{9\pi}2△O1QO2\displaystyle \triangle O_1QO_2의 넓이: 12×PQ‾×rsin⁡π6=12×9×33×12=2734\displaystyle \frac12\times\overline{\mathrm{PQ}}\times r\sin\frac\pi6=\frac12\times9\times3\sqrt3\times\frac12=\frac{27\sqrt3}4Correction. 삼각형 O1QO2\displaystyle O_1QO_2의 넓이 식에 나온 PQ‾\displaystyle \overline{\mathrm{PQ}}는 밑변 O1O2‾\displaystyle \overline{O_1O_2}의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.따라서 구하는 넓이는 8134−9π=94×(93−4π)\displaystyle \frac{81\sqrt3}4-9\pi=\frac94\times(9\sqrt3-4\pi)이다.

소문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(1)2등급④단계까지 서술하였으나 계산 실수가 있는 경우
(1)3등급③단계까지 옳게 서술한 경우
(1)4등급②단계까지 옳게 서술한 경우
(1)5등급①을 옳게 계산한 경우
(1)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(1)7등급백지 답안
(2)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(2)2등급④단계까지 서술했으나 계산 오류가 있는 경우
(2)3등급③단계까지의 답을 옳게 서술한 경우
(2)4등급①~③단계를 이용해 현의 길이를 구하려고 했으나 답이 틀린 경우
(2)5등급① 또는 ②의 내용을 이용해 문제 풀이를 시도한 경우
(2)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(2)7등급백지 답안
(3)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(3)2등급①~④ 과정을 이해하고 있으나 ②~④ 중 계산 실수가 1개인 경우
(3)3등급①~④ 과정을 이해하고 있으나 ②~④ 중 계산 실수가 2개인 경우
(3)4등급①~④ 과정을 이해하고 있으나 ②~④ 중 계산 실수가 3개인 경우
(3)5등급①을 서술하였거나 넓이를 구하는 잘못된 다른 방법을 서술한 경우
(3)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(3)7등급백지 답안

※ 각 소문항마다 아래에 제시된 단계에 따라 1~6등급으로 채점한다. (단, 백지답안은 7등급)

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.