수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1] (총 85점)

0<t<π2\displaystyle 0<t<\frac{\pi}{2}에 대하여 곡선 y=−t2x2+1\displaystyle y=-t^{2}x^{2}+1과 직선 y=(2tan⁡t)x\displaystyle y=(2\tan t)x 및 y\displaystyle y축의 양의 부분으로 둘러싸인 도형의 넓이를 A(t)\displaystyle A(t)라 하고, 곡선 y=−t2x2+1\displaystyle y=-t^{2}x^{2}+1과 직선 y=(2tan⁡t)x\displaystyle y=(2\tan t)x 및 x\displaystyle x축의 양의 부분으로 둘러싸인 도형의 넓이를 B(t)\displaystyle B(t)라 할 때, 다음 물음에 답하여라.

(a) 곡선 y=−t2x2+1\displaystyle y=-t^{2}x^{2}+1과 직선 y=(2tan⁡t)x\displaystyle y=(2\tan t)x의 교점 중 제1사분면에 있는 점의 x\displaystyle x좌표를 p(t)\displaystyle p(t)라 할 때, 극한값 lim⁡t→0+tp(t)\displaystyle \lim_{t\to0+}tp(t)를 구하여라. (35점)

(b) 극한값 lim⁡t→0+A(t)B(t)\displaystyle \lim_{t\to0+}\frac{A(t)}{B(t)}를 구하여라. (50점)

해설강의 준비중
+15점 · (a) 교점의 조건으로부터 p(t)\displaystyle p(t) 또는 tp(t)\displaystyle tp(t)에 관한 식을 구한다.

(a) p(t)>0\displaystyle p(t)>0이고 −t2(p(t))2+1=(2tan⁡t)p(t)\displaystyle -t^{2}(p(t))^{2}+1=(2\tan t)p(t)이므로 p(t)=−tan⁡t+tan⁡2t+t2t2\displaystyle p(t)=\frac{-\tan t+\sqrt{\tan^{2}t+t^{2}}}{t^{2}}이다.

+20점 · (a) 극한값을 올바르게 구한다.

따라서lim⁡t→0+tp(t)=lim⁡t→0+−tan⁡t+tan⁡2t+t2t=lim⁡t→0+(−tan⁡tt+tan⁡2tt2+1)=2−1\displaystyle \lim_{t\to0+}tp(t)=\lim_{t\to0+}\frac{-\tan t+\sqrt{\tan^{2}t+t^{2}}}{t}=\lim_{t\to0+}\left(-\frac{\tan t}{t}+\sqrt{\frac{\tan^{2}t}{t^{2}}+1}\right)=\sqrt{2}-1이다.

+30점 · (b) 두 영역의 넓이 또는 그 관계식을 올바르게 구한다.

(b) A(t)+B(t)=∫01t(−t2x2+1)dx=23t\displaystyle A(t)+B(t)=\int_{0}^{\frac{1}{t}}(-t^{2}x^{2}+1)dx=\frac{2}{3t}이므로A(t)=23t−B(t)\displaystyle A(t)=\frac{2}{3t}-B(t)이고,B(t)=∫0p(t)(2tan⁡t)x dx+∫p(t)1t(−t2x2+1)dx=(p(t))2tan⁡t+t2(p(t))33−p(t)+23t\displaystyle B(t)=\int_{0}^{p(t)}(2\tan t)x\ dx+\int_{p(t)}^{\frac{1}{t}}(-t^{2}x^{2}+1)dx=(p(t))^{2}\tan t+\frac{t^{2}(p(t))^{3}}{3}-p(t)+\frac{2}{3t}이다.

+20점 · (b) 넓이의 비의 극한값을 올바르게 구한다.

따라서 t>0\displaystyle t>0일 때,A(t)B(t)=23t(p(t))2tan⁡t+t2(p(t))33−p(t)+23t−1=23(tp(t))2tan⁡tt+(tp(t))3−3tp(t)+2−1\displaystyle \frac{A(t)}{B(t)}=\frac{\frac{2}{3t}}{(p(t))^{2}\tan t+\frac{t^{2}(p(t))^{3}}{3}-p(t)+\frac{2}{3t}}-1=\frac{2}{3(tp(t))^{2}\frac{\tan t}{t}+(tp(t))^{3}-3tp(t)+2}-1이고 lim⁡t→0+tp(t)=2−1\displaystyle \lim_{t\to0+}tp(t)=\sqrt{2}-1, lim⁡t→0+tan⁡tt=1\displaystyle \lim_{t\to0+}\frac{\tan t}{t}=1이므로lim⁡t→0+A(t)B(t)=23(2−1)2⋅1+(2−1)3−3(2−1)+2−1=82−317\displaystyle \lim_{t\to0+}\frac{A(t)}{B(t)}=\frac{2}{3(\sqrt{2}-1)^{2}\cdot1+(\sqrt{2}-1)^{3}-3(\sqrt{2}-1)+2}-1=\frac{8\sqrt{2}-3}{17}이다.

다른 타당한 풀이도 해당 단계의 논증과 계산이 옳으면 같은 배점을 인정한다.

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