수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

【문제 3】아래의 제시문을 읽고 문항별로 풀이와 함께 답하시오. (40점)

(가) 어느 플라스틱 쓰레기 수집 업체에서는 매달 플라스틱 쓰레기 1500톤을 수거하여 재활용 가능한 플라스틱으로 재생산한다고 한다. 매달 플라스틱 쓰레기의 65%가 선별 과정을 통과하고 그중 80%가 재활용된다고 한다. 또 재생산된 플라스틱 쓰레기의 65%가 선별 과정을 통과하고 그중 80%가 재활용된다고 한다.

(나) 어느 지역에서 시각 t (t≥1.5)\displaystyle t\ (t\ge1.5)에서의 재활용되는 플라스틱 쓰레기의 양 f(t)\displaystyle f(t)톤은 f(t)=(10t2−9t−9)e−t\displaystyle f(t)=(10t^2-9t-9)e^{-t}라고 한다.

[문제 3-1] 제시문 (가)에서 이번 달에 수거한 플라스틱 쓰레기 1500톤에 대해서 재생산과 재활용 과정을 매달 한없이 반복할 때, 재활용하게 되는 플라스틱의 양은 모두 몇 톤인지 구하시오. (10점)

[문제 3-2] 제시문 (나)에서 시각 t\displaystyle t가 1.5\displaystyle 1.5에서 x\displaystyle x가 될 때까지 (1.5≤t≤x)\displaystyle (1.5\le t\le x) 재활용하게 되는 플라스틱의 양을 A(x)\displaystyle A(x)라고 하자. 이때 lim⁡x→∞A(x)\displaystyle \lim_{x\to\infty}A(x)을 구하시오. (단, lim⁡x→∞x2e−x=0\displaystyle \lim_{x\to\infty}x^2e^{-x}=0) (15점)

[문제 3-3] 제시문 (나)에서 주어진 함수 f(t)\displaystyle f(t)에서 변곡점의 좌표를 (a,b)\displaystyle (a,b)라고 할 때 a\displaystyle a를 구하고 그 이유를 명확히 설명하시오. (15점)

해설강의 준비중

[문제 3-1]

(풀이) 플라스틱 쓰레기 1500톤을 재활용하게 되는 플라스틱의 양을 모두 구하면1500(0.65×0.8)+1500(0.65×0.8)2+1500(0.65×0.8)3+⋯=∑n=1∞1500×0.52n=1500×0.521−0.52=1625\displaystyle 1500(0.65\times0.8)+1500(0.65\times0.8)^2+1500(0.65\times0.8)^3+\cdots=\sum_{n=1}^{\infty}1500\times0.52^n=\frac{1500\times0.52}{1-0.52}=1625

이다. 그러므로 답은 1625톤 이다. (끝)

[문제 3-2]

(풀이) (i) A(x)=∫1.5x(10t2−9t−9)e−t dt\displaystyle A(x)=\int_{1.5}^x(10t^2-9t-9)e^{-t}\,dt이고 두 함수의 곱의 정적분이므로 부분적분법을 이용한다.

α(t)=10t2−9t−9\displaystyle \alpha(t)=10t^2-9t-9, β′(t)=e−t\displaystyle \beta^{\prime}(t)=e^{-t}로 놓으면 α′(t)=20t−9\displaystyle \alpha^{\prime}(t)=20t-9, β(t)=−e−t\displaystyle \beta(t)=-e^{-t}이므로

A(x)=[−(10t2−9t−9)e−t]1.5x−∫1.5x(20t−9)(−e−t) dt=−(10x2−9x−9)e−x+∫1.5x(20t−9)e−t dt\displaystyle \begin{aligned}A(x)&=\Biggl[-(10t^2-9t-9)e^{-t}\Biggr]_{1.5}^x-\int_{1.5}^x(20t-9)(-e^{-t})\,dt\\&=-(10x^2-9x-9)e^{-x}+\int_{1.5}^x(20t-9)e^{-t}\,dt\end{aligned}

이다. 같은 방법으로 ∫1.5x(20t−9)e−t dt\displaystyle \int_{1.5}^x(20t-9)e^{-t}\,dt에서 α(t)=20t−9\displaystyle \alpha(t)=20t-9, β′(t)=e−t\displaystyle \beta^{\prime}(t)=e^{-t}로 놓으면 α′(t)=20\displaystyle \alpha^{\prime}(t)=20, β(t)=−e−t\displaystyle \beta(t)=-e^{-t}이므로

∫1.5x(20t−9)e−t dt=[−(20t−9)e−t]1.5x−∫1.5x20(−e−t) dt=−{(20x−9)e−x−21e−1.5}+[−20e−t]1.5x=−(20x+11)e−x+41e−1.5\displaystyle \begin{aligned}\int_{1.5}^x(20t-9)e^{-t}\,dt&=\Biggl[-(20t-9)e^{-t}\Biggr]_{1.5}^x-\int_{1.5}^x20(-e^{-t})\,dt\\&=-\{(20x-9)e^{-x}-21e^{-1.5}\}+\Biggl[-20e^{-t}\Biggr]_{1.5}^x\\&=-(20x+11)e^{-x}+41e^{-1.5}\end{aligned}

이다. 따라서

A(x)=∫1.5x(10t2−9t−9)e−t dt=(−10x2+9x+9)e−x+∫1.5x(20t−9)e−t dt=(−10x2−11x−2)e−x+41e−1.5\displaystyle \begin{aligned}A(x)&=\int_{1.5}^x(10t^2-9t-9)e^{-t}\,dt\\&=(-10x^2+9x+9)e^{-x}+\int_{1.5}^x(20t-9)e^{-t}\,dt\\&=(-10x^2-11x-2)e^{-x}+41e^{-1.5}\end{aligned}

(ii) lim⁡x→∞A(x)\displaystyle \lim_{x\to\infty}A(x)를 구하면 lim⁡x→∞{(−10x2−11x−2)e−x+41e−1.5}=41e−1.5\displaystyle \lim_{x\to\infty}\{(-10x^2-11x-2)e^{-x}+41e^{-1.5}\}=41e^{-1.5}이다. (끝)

[문제 3-3]

(풀이) 함수 f(t)=(10t2−9t−9)e−t (t≥1.5)\displaystyle f(t)=(10t^2-9t-9)e^{-t}\ (t\ge1.5)

f′(t)=(20t−9)e−t−(10t2−9t−9)e−t=(−10t2+29t)e−tf′′(t)=(−20t+29)e−t−(−10t2+29t)e−t=(10t2−49t+29)e−t\displaystyle \begin{aligned}f^{\prime}(t)&=(20t-9)e^{-t}-(10t^2-9t-9)e^{-t}=(-10t^2+29t)e^{-t}\\f^{\prime\prime}(t)&=(-20t+29)e^{-t}-(-10t^2+29t)e^{-t}=(10t^2-49t+29)e^{-t}\end{aligned}

f′′(t)=0\displaystyle f^{\prime\prime}(t)=0에서 t=49−492−40×2920=49−124120\displaystyle t=\frac{49-\sqrt{49^2-40\times29}}{20}=\frac{49-\sqrt{1241}}{20} 또는 t=49+124120\displaystyle t=\frac{49+\sqrt{1241}}{20}이다.

t>1.5\displaystyle t>1.5이므로 t=49+124120\displaystyle t=\frac{49+\sqrt{1241}}{20}의 좌우에서 f′′(t)\displaystyle f^{\prime\prime}(t)의 부호를 조사하여 표로 나타내면 다음과 같다.

t\displaystyle t1.5\displaystyle 1.5⋯\displaystyle \cdots49+124120\displaystyle \frac{49+\sqrt{1241}}{20}⋯\displaystyle \cdots
f′′(t)\displaystyle f^{\prime\prime}(t)−22e1.5\displaystyle -22e^{1.5}−\displaystyle -0\displaystyle 0+\displaystyle +
Correction. 해당 함숫값의 −22e1.5\displaystyle -22e^{1.5}는 −22e−1.5\displaystyle -22e^{-1.5}의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

f′′(t)=0\displaystyle f^{\prime\prime}(t)=0인 점 t=49+124120\displaystyle t=\frac{49+\sqrt{1241}}{20}의 좌우에서 f′′(t)\displaystyle f^{\prime\prime}(t)의 부호가 바뀌므로 a=49+124120\displaystyle a=\frac{49+\sqrt{1241}}{20}이다. (끝)

[문제 3-1] (10점)(상) 답이 맞고 그 이유를 명확히 제시한 경우(중) 답이 틀렸지만 접선의 등비급수 식이 맞는데 답이 틀린 경우(하) 답이 틀린 경우

[문제 3-2] (15점)(상) 답이 맞고 그 이유를 명확히 제시한 경우(중) 답이 틀렸지만 정적분 식의 부분적분법에서 계산 실수한 경우(하) 정적분 식을 제시하지 못한 경우

[문제 3-3] (15점)(상) 답이 맞고 그 이유를 명확히 제시한 경우(중상) 답이 맞지만 그 이유를 명확히 제시하지 못한 경우(중하) 답이 틀렸지만 이계도함수를 구한 경우(하) 이계도함수를 구하지 못한 경우

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