수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

문제

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해설강의 준비중
+9점 · (1) ① 넓이 비교 ② 부등식 ③ 우극한 ④ 좌극한 ⑤ 극한

(1) 0<x<π2\displaystyle 0<x<\frac\pi2일 때, 그림으로부터 삼각형 OAB의 넓이는 12sinx\displaystyle \frac12\sin x, 부채꼴 OAB의 넓이는 12x\displaystyle \frac12x, 삼각형 OAT의 넓이는 12tanx\displaystyle \frac12\tan x이므로 sinx<x<tanx\displaystyle \sin x<x<\tan x가 성립하고, sinx>0\displaystyle \sin x>0이므로, 이 부등식의 세 항을 sinx\displaystyle \sin x로 나누면 1<xsinx<1cosx\displaystyle 1<\frac{x}{\sin x}<\frac1{\cos x}가 된다.세 항의 역수를 취하면 cosx<sinxx<1\displaystyle \cos x<\frac{\sin x}x<1이고limx0+cosx=1\displaystyle \lim_{x\to0+}\cos x=1이므로 limx0+sinxx=1\displaystyle \lim_{x\to0+}\frac{\sin x}x=1이다. π2<x<0\displaystyle -\frac\pi2<x<0인 경우, x=t\displaystyle x=-t라 두면 sin(t)t=sintt\displaystyle \frac{\sin(-t)}{-t}=\frac{\sin t}t이므로 limx0sinxx=limt0+sintt=1\displaystyle \lim_{x\to0-}\frac{\sin x}x=\lim_{t\to0+}\frac{\sin t}t=1이다. 따라서 limt0sintt=1\displaystyle \lim_{t\to0}\frac{\sin t}t=1이다.

삼각형 OAB, 부채꼴 OAB, 삼각형 OAT
+7점 · (2) ① 첫 삼각형의 넓이 ② 둘째 삼각형의 넓이 ③ S(n)\displaystyle S(n) ④ 극한 계산 ⑤ 극한값

(2) 합동인 n\displaystyle n개의 삼각형 OP0P1\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_0\mathrm{P}_1, OP2P3\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_2\mathrm{P}_3, \displaystyle \cdots, OP2n2P2n1\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_{2n-2}\mathrm{P}_{2n-1}은 모두 꼭지각이 2π3n\displaystyle \frac{2\pi}{3n}이고 두 등변의 길이가 1인 이등변삼각형이므로 각각의 넓이는 12sin2π3n\displaystyle \frac12\sin\frac{2\pi}{3n}이다. 합동인 n\displaystyle n개의 삼각형 OP1P2\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_1\mathrm{P}_2, OP3P4\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_3\mathrm{P}_4, \displaystyle \cdots, OP2n3P2n2\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_{2n-3}\mathrm{P}_{2n-2}, OP2n1P0\displaystyle \triangle\mathrm{OP}_{2n-1}\mathrm{P}_0은 모두 꼭지각이 4π3n\displaystyle \frac{4\pi}{3n}이고 두 등변의 길이가 1인 이등변삼각형이므로 각각의 넓이는 12sin4π3n\displaystyle \frac12\sin\frac{4\pi}{3n}이다. 따라서 S(n)=n2sin2π3n+n2sin4π3n\displaystyle S(n)=\frac n2\sin\frac{2\pi}{3n}+\frac n2\sin\frac{4\pi}{3n}이다.s=2π3×2026n\displaystyle s=\frac{2\pi}{3\times2026n}라 하면 n\displaystyle n\to\infty일 때 s0\displaystyle s\to0이므로, limn2026n2sin2π3×2026n=π3lims0sinss=π3\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{2026n}2\sin\frac{2\pi}{3\times2026n}=\frac\pi3\lim_{s\to0}\frac{\sin s}s=\frac\pi3이고,t=4π3×2026n\displaystyle t=\frac{4\pi}{3\times2026n}라 하면 n\displaystyle n\to\infty일 때 t0\displaystyle t\to0이므로,limn2026n2sin4π3×2026n=2π3limt0sintt=2π3\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{2026n}2\sin\frac{4\pi}{3\times2026n}=\frac{2\pi}3\lim_{t\to0}\frac{\sin t}t=\frac{2\pi}3이다. 따라서 limnS(2026n)=π3+2π3=π\displaystyle \lim_{n\to\infty}S(2026n)=\frac\pi3+\frac{2\pi}3=\pi이다.

+9점 · (3) ① 일반각 ② tanθ(t)\displaystyle \tan\theta(t) ③ 함수의 그래프 ④ 함수의 최댓값과 최솟값 ⑤ 일반각의 최댓값과 최솟값

(3) 일반각 DOA\displaystyle \angle\mathrm{DOA}α(t)\displaystyle \alpha(t), 일반각 OBA\displaystyle \angle\mathrm{OBA}β(t)\displaystyle \beta(t)라 하면 θ(t)=α(t)β(t)\displaystyle \theta(t)=\alpha(t)-\beta(t)이고,tanα(t)=t12=2t\displaystyle \tan\alpha(t)=\frac{t}{\frac12}=2t, tanβ(t)=t1+12=2t3\displaystyle \tan\beta(t)=\frac{t}{1+\frac12}=\frac{2t}3이므로 tanθ(t)=tanα(t)tanβ(t)1+tanα(t)tanβ(t)=4t3+4t2\displaystyle \tan\theta(t)=\frac{\tan\alpha(t)-\tan\beta(t)}{1+\tan\alpha(t)\tan\beta(t)}=\frac{4t}{3+4t^2}이다.f(t)=4t3+4t2\displaystyle f(t)=\frac{4t}{3+4t^2}라 하면 f(t)=4(34t2)(3+4t2)2\displaystyle f^{\prime}(t)=\frac{4(3-4t^2)}{(3+4t^2)^2}이고 limtf(t)=0\displaystyle \lim_{t\to\infty}f(t)=0, limtf(t)=0\displaystyle \lim_{t\to-\infty}f(t)=0이므로 y=f(t)\displaystyle y=f(t)의 그래프는 그림과 같고 함수 f(t)\displaystyle f(t)t=32\displaystyle t=\frac{\sqrt3}2에서 최댓값 f(32)=33\displaystyle f\left(\frac{\sqrt3}2\right)=\frac{\sqrt3}3, t=32\displaystyle t=-\frac{\sqrt3}2에서 최솟값 f(32)=33\displaystyle f\left(-\frac{\sqrt3}2\right)=-\frac{\sqrt3}3을 갖는다. π2<θ(t)<π2\displaystyle -\frac\pi2<\theta(t)<\frac\pi2에서 탄젠트함수는 증가하는 함수이므로 θ(t)\displaystyle \theta(t)t=32\displaystyle t=\frac{\sqrt3}2에서 최댓값 π6\displaystyle \frac\pi6, t=32\displaystyle t=-\frac{\sqrt3}2에서 최솟값 π6\displaystyle -\frac\pi6을 갖는다.

일반각 α(t), β(t), θ(t)
함수 f(t)의 그래프
하위 문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 답도 맞음
(1)2등급①~④단계까지만 옳게 제시한 경우
(1)3등급①~③단계까지만 옳게 제시한 경우
(1)4등급①~②단계까지만 옳게 제시한 경우
(1)5등급①단계까지만 옳게 제시한 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)2등급①~③단계를 옳게 서술하고 ④단계에서 계산 실수가 1개 있는 경우
(2)3등급①~③단계를 모두 맞은 경우
(2)4등급①~②단계를 모두 맞은 경우
(2)5등급①단계 또는 ②단계를 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 오류가 없고 답도 맞음
(3)2등급①~④단계까지만 옳게 제시한 경우
(3)3등급①~③단계까지만 옳게 제시한 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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