수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

자연수 n\displaystyle n에 대하여 점 (n,0)\displaystyle (n,0)을 지나는 직선 ℓ\displaystyle \ell이 곡선 y=e−x\displaystyle y=e^{-x} 위의 점 P에서 이 곡선과 접한다고 할 때, 다음 물음에 답하시오. [총 25점]

(1) 접선 ℓ\displaystyle \ell의 방정식과 접점 P의 좌표를 구하시오. [8점]

(2) 곡선 y=e−x\displaystyle y=e^{-x}과 접선 ℓ\displaystyle \ell 및 두 직선 y=0\displaystyle y=0, x=2n\displaystyle x=2n으로 둘러싸인 도형 중 제1사분면에 놓인 부분의 넓이를 an\displaystyle a_n이라 할 때, lim⁡n→∞enan\displaystyle \lim_{n\to\infty}e^n a_n의 값을 구하시오. [8점]

(3) 점 P를 지나고 접선 ℓ\displaystyle \ell에 수직인 직선과 점 P를 지나고 y\displaystyle y축에 평행한 직선 및 x\displaystyle x축으로 둘러싸인 도형의 넓이를 bn\displaystyle b_n이라 할 때, ∑n=1∞bn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty b_n의 값을 구하시오. [9점]

해설강의 준비중
+8점 · (1) 대학 공개 채점 단계에 따라 평가한다. ① 기울기 ② 접선 ③ 접점의 가로 좌표 ④ 방정식 ⑤ 접점

(1) 곡선 y=e−x\displaystyle y=e^{-x} 위의 점 P(c,e−c)\displaystyle (c,e^{-c})에서의 접선의 기울기를 m\displaystyle m이라 두면 (e−x)′=−e−x\displaystyle (e^{-x})^{\prime}=-e^{-x}으로부터 m=−e−c\displaystyle m=-e^{-c}이고 접선의 방정식 y=−e−c(x−c)+e−c\displaystyle y=-e^{-c}(x-c)+e^{-c}이 점 (n,0)\displaystyle (n,0)을 지나므로 0=−e−c(n−c)+e−c=e−c(c−n+1)\displaystyle 0=-e^{-c}(n-c)+e^{-c}=e^{-c}(c-n+1)이고 e−c≠0\displaystyle e^{-c}\ne0이므로 c=n−1\displaystyle c=n-1이다. 접선의 방정식은 y=−e1−n(x−n)\displaystyle y=-e^{1-n}(x-n), 접점은 P(n−1,e1−n)\displaystyle (n-1,e^{1-n})이다.

+8점 · (2) 대학 공개 채점 단계에 따라 평가한다. ① 넓이의 적분식 ② 첫 적분 ③ 둘째 적분 ④ 넓이 ⑤ 극한

(2) an=∫n−1n{e−x−(−e1−nx+ne1−n)} dx+∫n2ne−xdx\displaystyle a_n=\int_{n-1}^n\{e^{-x}-(-e^{1-n}x+ne^{1-n})\}\,dx+\int_n^{2n}e^{-x}dx이고

대학 원문 그림

∫n−1n{e−x−(−e1−nx+ne1−n)} dx=e1−n−e−n−e1−n2\displaystyle \int_{n-1}^n\{e^{-x}-(-e^{1-n}x+ne^{1-n})\}\,dx=e^{1-n}-e^{-n}-\frac{e^{1-n}}2∫n2ne−xdx=e−n−e−2n\displaystyle \int_n^{2n}e^{-x}dx=e^{-n}-e^{-2n}이므로an=∫n−1n{e−x−(−e1−nx+ne1−n)} dx+∫n2ne−xdx=e1−n2−e−2n\displaystyle a_n=\int_{n-1}^n\{e^{-x}-(-e^{1-n}x+ne^{1-n})\}\,dx+\int_n^{2n}e^{-x}dx=\frac{e^{1-n}}2-e^{-2n}이다.그러므로 0<1e<1\displaystyle 0<\frac1e<1이므로 lim⁡n→∞enan=e2−lim⁡n→∞e−n=e2\displaystyle \lim_{n\to\infty}e^na_n=\frac e2-\lim_{n\to\infty}e^{-n}=\frac e2이다.

+9점 · (3) 대학 공개 채점 단계에 따라 평가한다. ① 수직인 직선 ② 절편 ③ 넓이 ④ 등비수열 ⑤ 급수

(3) 점 P를 지나고 접선 ℓ\displaystyle \ell에 수직인 직선의 방정식은 y=en−1(x−n+1)+e1−n\displaystyle y=e^{n-1}(x-n+1)+e^{1-n}이고, 이 직선의 x\displaystyle x절편은 n−1−e2−2n\displaystyle n-1-e^{2-2n}이므로 삼각형의 넓이는 bn=12×e2−2n×e1−n=12e3−3n\displaystyle b_n=\frac12\times e^{2-2n}\times e^{1-n}=\frac12e^{3-3n}이다.

대학 원문 그림

bn=e32(1e3)n\displaystyle b_n=\frac{e^3}2\left(\frac1{e^3}\right)^n이고 0<1e3<1\displaystyle 0<\frac1{e^3}<1이므로 ∑n=1∞bn=∑n=1∞e32(1e3)n=e32(e3−1)\displaystyle \sum_{n=1}^\infty b_n=\sum_{n=1}^\infty\frac{e^3}2\left(\frac1{e^3}\right)^n=\frac{e^3}{2(e^3-1)}이다.

소문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(1)2등급①~③단계를 옳게 서술하고 ④ 또는 ⑤ 중 1개의 오류가 있는 경우
(1)3등급①~③단계까지만 옳게 서술한 경우
(1)4등급①~②단계까지만 옳게 서술한 경우
(1)5등급①~②단계에서 미분으로 직선의 기울기만 구했거나, 직선 위의 점 (n,0)\displaystyle (n,0)을 이용해 y=m(x−n)\displaystyle y=m(x-n)형태의 식만 세운 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)2등급①~④단계를 옳게 서술하고 ⑤의 과정에서 오류가 있는 경우
(2)3등급①~④단계까지 계산을 시도했으나 오류가 1개 있는 경우
(2)4등급①~④단계까지 계산을 시도했으나 오류가 2개 이상인 경우
(2)5등급①단계까지만 옳게 제시한 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)2등급①~③단계를 옳게 서술하고 ④ 또는 ⑤ 중 1개의 오류가 있는 경우
(3)3등급①~③단계까지 옳게 서술한 경우
(3)4등급①~②단계까지만 옳게 제시한 경우
(3)5등급①단계까지만 옳게 제시한 경우
(3)6등급답을 구하는 과정이 없거나 문제 푸는 방향이 틀려 답을 구하지 못한 경우
(3)7등급백지 답안

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