수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

N(x)=(12)x×sin⁡(θx)×sin⁡(π2−θx)\displaystyle N(x)=\left(\frac12\right)^x\times\sin(\theta x)\times\sin\left(\frac\pi2-\theta x\right)일 때, 다음 질문에 답하시오. [총25점]

(1) lim⁡x→0N(x)x\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{N(x)}x를 구하시오. [7점]

(2) θ=π4\displaystyle \theta=\frac\pi4일 때, 급수 ∑n=1∞∣N(n)∣\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}|N(n)|의 합을 구하시오. [8점]

(3) θ=π8\displaystyle \theta=\frac\pi8일 때, 급수 ∑n=120log⁡2((12)n+1+cos⁡(2θn)×N(n))\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\log_2\left(\left(\frac12\right)^{n+1}+\cos(2\theta n)\times N(n)\right)의 합을 구하시오. [10점]

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

(1)① N(x)=(12)x×sin⁡(θx)×sin⁡(π2−θx)=(12)x×sin⁡(θx)×cos⁡(θx)=(12)x+1×sin⁡(2θx)\displaystyle N(x)=\left(\frac12\right)^x\times\sin(\theta x)\times\sin\left(\frac\pi2-\theta x\right)=\left(\frac12\right)^x\times\sin(\theta x)\times\cos(\theta x)=\left(\frac12\right)^{x+1}\times\sin(2\theta x)② lim⁡x→0N(x)x=12×lim⁡x→0(12)x×lim⁡x→0sin⁡2θxx=12×lim⁡x→0sin⁡2θxx\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{N(x)}x=\frac12\times\lim_{x\to0}\left(\frac12\right)^x\times\lim_{x\to0}\frac{\sin2\theta x}x=\frac12\times\lim_{x\to0}\frac{\sin2\theta x}x③ t=2θx\displaystyle t=2\theta x로 놓으면 x→0\displaystyle x\to0일 때 t→0\displaystyle t\to0이므로④ lim⁡x→0sin⁡2θxx=lim⁡x→02θ×sin⁡2θx2θx=2θ×lim⁡t→0sin⁡tt=2θ\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{\sin2\theta x}x=\lim_{x\to0}2\theta\times\frac{\sin2\theta x}{2\theta x}=2\theta\times\lim_{t\to0}\frac{\sin t}t=2\theta⑤ lim⁡x→0N(x)x=12×2θ=θ\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{N(x)}x=\frac12\times2\theta=\theta

+8점 · (2) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~7등급으로 채점한다.

(2)① θ=π4\displaystyle \theta=\frac\pi4일 때, N(x)=(12)x+1×sin⁡(π2x)\displaystyle N(x)=\left(\frac12\right)^{x+1}\times\sin\left(\frac\pi2x\right)② sin⁡(π2x)\displaystyle \sin\left(\frac\pi2x\right)는 x\displaystyle x가 1부터 1씩 증가함에 따라 1,0,−1,0,1,0,⋯\displaystyle 1,0,-1,0,1,0,\cdots로 나타난다③ 따라서 ∑n=1∞∣N(n)∣=(12)2+0+(12)4+0+(12)6+⋯\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}|N(n)|=\left(\frac12\right)^2+0+\left(\frac12\right)^4+0+\left(\frac12\right)^6+\cdots④ 주어진 급수는 첫째항이 14\displaystyle \frac14이고 공비가 14\displaystyle \frac14인 무한등비급수이다.⑤ ∑n=1∞∣N(n)∣=∑n=1∞14(14)n−1=141−14=13\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}|N(n)|=\sum_{n=1}^{\infty}\frac14\left(\frac14\right)^{n-1}=\frac{\frac14}{1-\frac14}=\frac13

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

(3)① N(x)=(12)x+1×sin⁡(2θx)\displaystyle N(x)=\left(\frac12\right)^{x+1}\times\sin(2\theta x)에서(12)x+1+cos⁡(2θx)×N(x)=(12)x+1+cos⁡(2θx)×(12)x+1×sin⁡(2θx)=(12)x+1(1+12sin⁡(4θx))=(12)x+2(2+sin⁡(4θx))\displaystyle \left(\frac12\right)^{x+1}+\cos(2\theta x)\times N(x)=\left(\frac12\right)^{x+1}+\cos(2\theta x)\times\left(\frac12\right)^{x+1}\times\sin(2\theta x)=\left(\frac12\right)^{x+1}\left(1+\frac12\sin(4\theta x)\right)=\left(\frac12\right)^{x+2}(2+\sin(4\theta x))② log⁡2((12)x+1+cos⁡(2θx)×N(x))=log⁡2(12)x+2(2+sin⁡(4θx))=−(x+2)+log⁡2(2+sin⁡(4θx))\displaystyle \log_2\left(\left(\frac12\right)^{x+1}+\cos(2\theta x)\times N(x)\right)=\log_2\left(\frac12\right)^{x+2}(2+\sin(4\theta x))=-(x+2)+\log_2(2+\sin(4\theta x))③ θ=π8\displaystyle \theta=\frac\pi8일 때, 2+sin⁡(4θx)=2+sin⁡(π2x)\displaystyle 2+\sin(4\theta x)=2+\sin\left(\frac\pi2x\right)이므로∑n=120(−(n+2)+log⁡2(2+sin⁡(π2n)))=∑n=120(−(n+2))+∑n=120log⁡2(2+sin⁡(π2n))=−20×212−2×20+∑n=120log⁡2(2+sin⁡(π2n))\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\left(-(n+2)+\log_2\left(2+\sin\left(\frac\pi2n\right)\right)\right)=\sum_{n=1}^{20}(-(n+2))+\sum_{n=1}^{20}\log_2\left(2+\sin\left(\frac\pi2n\right)\right)=-\frac{20\times21}2-2\times20+\sum_{n=1}^{20}\log_2\left(2+\sin\left(\frac\pi2n\right)\right)④ 2+sin⁡(π2n)\displaystyle 2+\sin\left(\frac\pi2n\right)은 n\displaystyle n이 1부터 1씩 증가함에 따라 3,2,1,2,3,2,1,2…\displaystyle 3,2,1,2,3,2,1,2\ldots로 나타나므로∑n=120log⁡2(2+sin⁡(π2n))=(log⁡23+1+0+1)×5=5log⁡23+10\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\log_2\left(2+\sin\left(\frac\pi2n\right)\right)=(\log_23+1+0+1)\times5=5\log_23+10이다.⑤ 따라서, 구하는 식의 값은 5log⁡23−240\displaystyle 5\log_23-240이다.

소문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(1)2등급④까지 맞게 구하고 최종 답이 틀린 경우
(1)3등급③단계까지 옳게 서술한 경우
(1)4등급①~④단계를 이해하고 있으나 실수가 있는 경우
(1)5등급①~④단계의 접근 중 하나를 옳게 시도한 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)2등급④까지 맞게 구하고 최종 답이 틀린 경우
(2)3등급③단계까지 옳게 서술한 경우
(2)4등급①~④단계를 이해하고 있으나 실수가 있는 경우
(2)5등급①~④단계의 접근 중 하나를 옳게 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)2등급④까지 맞게 구하고 최종 답이 틀린 경우
(3)3등급②~④단계에서 옳게 접근했으나 실수가 1개인 경우
(3)4등급②~④단계에서 옳게 접근했으나 실수가 2개인 경우
(3)5등급①~④단계의 접근 중 하나를 옳게 시도한 경우
(3)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(3)7등급백지 답안

* 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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