수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

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해설강의 준비중
+5점 · (1) 대학 평가 기준의 단계별 채점표에 따른다.

1)직선 y=nx\displaystyle y=nx 위에서 예를 들어 한 점 Pn(1,n)\displaystyle P_n(1,n)을 잡으면 y\displaystyle y축 위의 점 Qn(0,n)\displaystyle Q_n(0,n)에 대하여삼각형 OPnQn\displaystyle OP_nQ_n은 직각삼각형이다. 따라서 tanαn=QnPnOQn=1n\displaystyle \tan\alpha_n=\frac{\overline{Q_nP_n}}{\overline{OQ_n}}=\frac1n이다. 삼각형의 빗변의길이는 n2+1\displaystyle \sqrt{n^2+1}이므로 sinαn=QnPnOPn=1n2+1\displaystyle \sin\alpha_n=\frac{\overline{Q_nP_n}}{\overline{OP_n}}=\frac1{\sqrt{n^2+1}}이다.

대학 원문 그림
+10점 · (2) 대학 평가 기준의 단계별 채점표에 따른다.

2)OBn:OCn=2:1\displaystyle \overline{OB_n}:\overline{OC_n}=2:1이므로 Cn\displaystyle C_nx\displaystyle x좌표를 tn\displaystyle t_n으로 두면 Cn(tn,ntn)\displaystyle C_n(t_n,nt_n)이고 Bn\displaystyle B_n의 좌표는 Bn(2tn,2ntn)\displaystyle B_n(-2t_n,-2nt_n)으로 쓸 수 있다. Bn\displaystyle B_n에서 y\displaystyle y축에 내린 수선과 y\displaystyle y축이 만나는 점을 Dn\displaystyle D_n, Cn\displaystyle C_n에서 y\displaystyle y축에 내린 수선과 y\displaystyle y축이 만나는 점을 En\displaystyle E_n이라 하면 직각삼각형 ABnDn\displaystyle AB_nD_n에서 tanθn=2tn1+2ntn\displaystyle \tan\theta_n=\frac{2t_n}{1+2nt_n}이고, 직각삼각형 ACnEn\displaystyle AC_nE_n에서 tanθn=tn1ntn\displaystyle \tan\theta_n=\frac{t_n}{1-nt_n}이다.2tn1+2ntn=tn1ntn\displaystyle \frac{2t_n}{1+2nt_n}=\frac{t_n}{1-nt_n}로부터 tn=14n\displaystyle t_n=\frac1{4n}을 얻고, tanθn=13n\displaystyle \tan\theta_n=\frac1{3n}이다.0<θn<θn+ABnO=αn\displaystyle 0<\theta_n<\theta_n+\angle AB_nO=\alpha_n이고 limnαn=0\displaystyle \lim_{n\to\infty}\alpha_n=0이므로 limnθn=0\displaystyle \lim_{n\to\infty}\theta_n=0이다.따라서 구하는 극한값은 limntanαnαn=1\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{\tan\alpha_n}{\alpha_n}=1, limnθntanθn=1\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{\theta_n}{\tan\theta_n}=1,limntanθntanαn=limn1/3n1/n=13\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{\tan\theta_n}{\tan\alpha_n}=\lim_{n\to\infty}\frac{1/3n}{1/n}=\frac13이므로limnθnαn=limntanαnαnθntanθntanθntanαn=13\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{\theta_n}{\alpha_n}=\lim_{n\to\infty}\frac{\tan\alpha_n}{\alpha_n}\cdot\frac{\theta_n}{\tan\theta_n}\cdot\frac{\tan\theta_n}{\tan\alpha_n}=\frac13이다.

대학 원문 그림
+10점 · (3) 대학 평가 기준의 단계별 채점표에 따른다.

3)tn=14n\displaystyle t_n=\frac1{4n}을 이용하면 Bn(12n,12)\displaystyle B_n\left(-\frac1{2n},-\frac12\right), Cn(14n,14)\displaystyle C_n\left(\frac1{4n},\frac14\right)로 주어진다.삼각형 OABn\displaystyle OAB_n의 넓이는 12OABnDn=12112n=14n\displaystyle \frac12\cdot\overline{OA}\cdot\overline{B_nD_n}=\frac12\cdot1\cdot\frac1{2n}=\frac1{4n}이고, 삼각형 OACn\displaystyle OAC_n의 넓이는12OACnEn=12114n=18n\displaystyle \frac12\cdot\overline{OA}\cdot\overline{C_nE_n}=\frac12\cdot1\cdot\frac1{4n}=\frac1{8n}이다.두 삼각형의 넓이를 더하여 삼각형 ABnCn\displaystyle AB_nC_n의 넓이는 Sn=14n+18n=38n\displaystyle S_n=\frac1{4n}+\frac1{8n}=\frac3{8n}이다.문제에서 제시한 급수의 값을 구하면 n=1SnSn+1=n=138n38(n+1)\displaystyle \sum_{n=1}^\infty S_nS_{n+1}=\sum_{n=1}^\infty\frac3{8n}\cdot\frac3{8(n+1)}=limnk=1n38k38(k+1)=964limnk=1n(1k1k+1)=964limn(11n+1)=964\displaystyle =\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\frac3{8k}\cdot\frac3{8(k+1)}=\frac9{64}\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\left(\frac1k-\frac1{k+1}\right)=\frac9{64}\lim_{n\to\infty}\left(1-\frac1{n+1}\right)=\frac9{64}이다.

소문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(1)2등급①~③단계까지 서술하였으나 계산 실수가 있는 경우
(1)3등급①~②단계를 옳게 서술하고 ③단계부터 틀린 경우
(1)4등급①단계까지만 옳게 서술한 경우
(1)5등급①의 삼각비를 활용하기 위한 시도가 있는 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 오류가 없고 답도 맞음
(2)2등급①~④단계까지 서술하였으나 계산 실수가 있는 경우
(2)3등급①~③단계를 옳게 서술하고 ④단계부터 틀린 경우
(2)4등급①~②단계를 옳게 서술하고 ③단계부터 틀린 경우
(2)5등급①단계까지만 옳게 서술한 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 오류가 없고 답도 맞음
(3)2등급①~④단계까지 서술하였으나 계산 실수가 있는 경우
(3)3등급①~③단계를 옳게 서술하고 ④단계부터 틀린 경우
(3)4등급①~②단계를 옳게 서술하고 ③단계부터 틀린 경우
(3)5등급①단계까지만 옳게 서술한 경우
(3)6등급답을 구하는 과정이 없거나 문제 푸는 방향이 틀려 답을 구하지 못한 경우
(3)7등급백지 답안

※ 하위 문항이 있는 경우 칸을 나누어 채점 기준을 작성함.

※ 채점 기준은 문항의 출제의도에 대한 평가를 위한 것이어야 함.

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