수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

【문제 1】다음 제시문을 읽고 아래 질문에 답하시오. (30점)

(가) (사이값 정리)함수 f(x)\displaystyle f(x)가 닫힌 구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속이고 f(a)≠f(b)\displaystyle f(a)\ne f(b)이면, f(a)\displaystyle f(a)와 f(b)\displaystyle f(b) 사이의 임의의 실수 k\displaystyle k에 대하여f(c)=k\displaystyle f(c)=k인 c\displaystyle c가 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b)에 적어도 하나 존재한다.

(나) 좌표평면 위의 한 점 또는 도형을 어떤 점이나 직선에 대하여 대칭인 점 또는 도형으로 옮기는 것을 각각 그 점 또는 그 직선에 대한 대칭이동이라고 한다. 좌표평면 위의 점 P(x,y)\displaystyle \mathrm{P}(x,y)를 x\displaystyle x축에 대하여 대칭이동한 점은 (x,−y)\displaystyle (x,-y), y\displaystyle y축에 대하여 대칭이동한 점은 (−x,y)\displaystyle (-x,y), 원점에 대하여 대칭이동한 점은 (−x,−y)\displaystyle (-x,-y)이다.

(문제 1-1) 닫힌 구간 [1,3]\displaystyle [1,3]에서 연속인 두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)에 대하여{f(1)−g(1)}{f(3)−g(3)}<0\displaystyle \{f(1)-g(1)\}\{f(3)-g(3)\}<0이 성립하면, f(c)=g(c)\displaystyle f(c)=g(c)를 만족하는 c\displaystyle c가 열린구간 (1,3)\displaystyle (1,3)에 적어도 하나 존재함을 설명하시오.

(문제 1-2) 아래 그림과 같이 좌표평면 위에 점 A(2,1)\displaystyle \mathrm{A}(2,1)과 직선 y=x\displaystyle y=x 위의 점 B\displaystyle \mathrm{B}, x\displaystyle x축 위의 점 C\displaystyle \mathrm{C}를 꼭짓점으로 하는 삼각형 ABC\displaystyle \mathrm{ABC}가 있다. 삼각형 ABC\displaystyle \mathrm{ABC}의 둘레의 길이의 최솟값을 구하고, 이때의 점 B\displaystyle \mathrm{B}와 점 C\displaystyle \mathrm{C}의 좌표를 각각 구하시오.

직선 y=x 위의 B와 x축 위의 C, 점 A(2,1)로 이루어진 삼각형
해설강의 준비중

(문제 1-1 해설) (f(1)−g(1))(f(3)−g(3))<0\displaystyle (f(1)-g(1))(f(3)-g(3))<0이므로(f(1)−g(1))>0, (f(3)−g(3))<0\displaystyle (f(1)-g(1))>0,\ (f(3)-g(3))<0또는 (f(1)−g(1))<0, (f(3)−g(3))>0\displaystyle (f(1)-g(1))<0,\ (f(3)-g(3))>0이다.

(i) (f(1)−g(1))>0, (f(3)−g(3))<0\displaystyle (f(1)-g(1))>0,\ (f(3)-g(3))<0일 때h(x)=f(x)−g(x)\displaystyle h(x)=f(x)-g(x)라고 하자. 그러면 h:[1,3]→R\displaystyle h:[1,3]\to R는 연속이고h(1)=f(1)−g(1)>0\displaystyle h(1)=f(1)-g(1)>0이고 h(3)=f(3)−g(3)<0\displaystyle h(3)=f(3)-g(3)<0이므로 사이값(중간값)정리에 의해서c∈(1,3)\displaystyle c\in(1,3)가 존재하여 h(c)=0\displaystyle h(c)=0, 즉, f(c)=g(c)\displaystyle f(c)=g(c)이 성립.

(ii) 같은 방법으로, (f(1)−g(1))<0, (f(3)−g(3))>0\displaystyle (f(1)-g(1))<0,\ (f(3)-g(3))>0일 때h(x)=f(x)−g(x)\displaystyle h(x)=f(x)-g(x)라고 하자. 그러면 h:[1,3]→R\displaystyle h:[1,3]\to R는 연속이고h(1)=f(1)−g(1)<0\displaystyle h(1)=f(1)-g(1)<0이고 h(3)=f(3)−g(3)>0\displaystyle h(3)=f(3)-g(3)>0이므로 사이값(중간값)정리에 의해서h(c)=0\displaystyle h(c)=0, 즉, f(c)=g(c)\displaystyle f(c)=g(c)인 c\displaystyle c가 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b)에 적어도 하나 존재한다.Correction. 여기서 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b)는 (1,3)\displaystyle (1,3)의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

(문제 1-2 해설) 점 A(2,1)\displaystyle A(2,1)를 x\displaystyle x축에 대칭 이동한 점을 A′\displaystyle A^{\prime}, 직선 y=x\displaystyle y=x에 대칭 이동한 점을 A′′\displaystyle A^{\prime\prime}이라고 하면, A′(2,−1), A′′(1,2)\displaystyle A^{\prime}(2,-1),\ A^{\prime\prime}(1,2)이 된다.

여기서 직선 A′A′′\displaystyle A^{\prime}A^{\prime\prime}이 직선 y=x\displaystyle y=x와 만나는 점이 B\displaystyle B, x\displaystyle x축과 만나는 점이 C\displaystyle C일 때, 모두가 일직선상에 놓여야, 삼각형 ABC\displaystyle ABC의 둘레의 길이는 최소가 된다.

따라서 최솟값은 선분 A′A′′\displaystyle A^{\prime}A^{\prime\prime}의 길이이고(2−1)2+(−1−2)2=10\displaystyle \sqrt{(2-1)^2+(-1-2)^2}=\sqrt{10}이다.

또한 두 점 A′(2,−1), A′′(1,2)\displaystyle A^{\prime}(2,-1),\ A^{\prime\prime}(1,2)을 지나는 직선의 방정식은 y=−3x+5\displaystyle y=-3x+5.y=−3x+5\displaystyle y=-3x+5과 y=x\displaystyle y=x의 교점을 구하면 B=(54,54)\displaystyle B=\left(\frac54,\frac54\right)y=−3x+5\displaystyle y=-3x+5과 x\displaystyle x축의 교점을 구하면 C=(53,0)\displaystyle C=\left(\frac53,0\right)

[문제 1-1] (15점)(15점) 두 가지 경우 모두 올바르게 서술한 경우(10점) 한 가지만 올바르고 다른 경우를 마찬가지라고 언급한 경우(5점) 한 가지만 언급하고, 나머지를 언급하지 않은 경우(0점) 모두 틀린 경우

[문제 1-2] (15점)(15점) 세 가지 모두 올바르게 계산한 경우(10점) 최솟값을 구하고 B,C\displaystyle B,C값 중 하나만 올바른 경우(5점) 최솟값만 올바르게 구한 경우(0점) 모두 틀린 경우

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