수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

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

(1) ① 대칭성에 의해 12S1\displaystyle \frac12S_1은 선분 A1B1\displaystyle A_1B_1을 지름으로 하는 반원 중 원 O1\displaystyle O_1의 바깥 부분과 선분 A1D1\displaystyle A_1D_1을 지름으로 하는 반원 중 원 O1\displaystyle O_1의 바깥 부분의 넓이의 합과 같다.② 따라서, 12S1\displaystyle \frac12S_1은 삼각형 A1B1D1\displaystyle A_1B_1D_1의 넓이와 지름이 a1\displaystyle a_1인 반원의 넓이와 지름이 b1\displaystyle b_1인 반원의 넓이를 더한 것에서 지름이 B1D1\displaystyle \overline{B_1D_1}인 반원의 넓이를 뺀 것이다.③ 즉, 12S1=12a1b1+12(a12)2π+12(b12)2π12(a12+b122)2π=12a1b1\displaystyle \frac12S_1=\frac12a_1b_1+\frac12\left(\frac{a_1}2\right)^2\pi+\frac12\left(\frac{b_1}2\right)^2\pi-\frac12\left(\frac{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}2\right)^2\pi=\frac12a_1b_1이 되어 S1=a1b1\displaystyle S_1=a_1b_1이 된다.

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

(2) ① 원에 내접하는 직각삼각형의 성질을 이용하면 선분 B1D1\displaystyle B_1D_1의 길이가 원 O1\displaystyle O_1의 지름인 2r1\displaystyle 2r_1이 된다. 따라서, r1=a12+b122\displaystyle r_1=\frac{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}2이 된다.② 한편, 사각형 A1B1C1D1\displaystyle A_1B_1C_1D_1에 내접하는 원 O2\displaystyle O_2의 반지름이 r2\displaystyle r_2이다. 원 O2\displaystyle O_2가 선분 B1C1\displaystyle B_1C_1, 선분 C1D1\displaystyle C_1D_1과 접하는 점을 각각 점 P, Q라고 한다면, 삼각형 O2B1P\displaystyle O_2B_1P와 삼각형 O2QD1\displaystyle O_2QD_1은 닮음이다.③ 그러므로 PO2B1P=QD1O2Q\displaystyle \frac{\overline{PO_2}}{\overline{B_1P}}=\frac{\overline{QD_1}}{\overline{O_2Q}}, 즉, r2a1r2=b1r2r2\displaystyle \frac{r_2}{a_1-r_2}=\frac{b_1-r_2}{r_2}가 성립한다.④ 따라서, r2=a1b1a1+b1\displaystyle r_2=\frac{a_1b_1}{a_1+b_1}이 된다.

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

(3) ① a1=2\displaystyle a_1=2이고 b1=1\displaystyle b_1=1이므로 첫 번째 항은 S1=a1b1=2\displaystyle S_1=a_1b_1=2가 된다.② 삼각형 A1B1D1\displaystyle A_1B_1D_1과 삼각형 A2B2D2\displaystyle A_2B_2D_2가 닮았고, 같은 이유로 삼각형 B1C1D1\displaystyle B_1C_1D_1과 삼각형 B1C1D1\displaystyle B_1C_1D_1이 닮았으므로, 수열 {Sn}\displaystyle \{S_n\}은 등비수열이 됨을 알 수 있고, 공비는 (r2r1)2\displaystyle \left(\frac{r_2}{r_1}\right)^2이 된다.Correction. 두 번째 삼각형 이름은 B2C2D2\displaystyle B_2C_2D_2로 읽어야 한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.③ 이 때, r1=52\displaystyle r_1=\frac{\sqrt5}2이고, r2=a1b1a1+b1=23\displaystyle r_2=\frac{a_1b_1}{a_1+b_1}=\frac23이므로 공비는 1645\displaystyle \frac{16}{45}가 되므로, n=1Sn=211645=9029\displaystyle \sum_{n=1}^\infty S_n=\frac2{1-\frac{16}{45}}=\frac{90}{29}가 된다.

소문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류도 없고 답도 맞은 경우
(1)2등급①~③단계 중에서 ③단계에서만 계산 실수가 있는 경우
(1)3등급②단계까지 맞은 경우
(1)4등급②단계에서 실수가 있는 경우
(1)5등급①단계만 맞은 경우
(1)6등급답을 구하는 과정이 없거나 문제 푸는 방향이 틀려 답을 구하지 못한 경우
(1)7등급백지 답안
(2)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류도 없고 답도 맞은 경우
(2)2등급④단계에서 실수가 있는 경우
(2)3등급①~④단계 중 계산 실수가 1개인 경우
(2)4등급①단계는 맞고, ②단계에 나와있는 닮음을 이용하려고 한 경우
(2)5등급①단계만 맞은 경우
(2)6등급답을 구하는 과정이 없거나 문제 푸는 방향이 틀려 답을 구하지 못한 경우
(2)7등급백지 답안
(3)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류도 없고 답도 맞은 경우
(3)2등급②단계까지는 맞고, ③단계에서만 계산 실수가 1개 있는 경우
(3)3등급②단계까지 맞고 ③단계를 시도하였으나 계산 실수의 합이 2개 이상인 경우
(3)4등급①단계를 맞고 ②단계를 언급한 경우
(3)5등급①단계까지만 맞은 경우
(3)6등급답을 구하는 과정이 없거나 문제 푸는 방향이 틀려 답을 구하지 못한 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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