수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중

(문제 1-1)

정사각형 ABCD\displaystyle \mathrm{ABCD}의 한 변의 길이를 q\displaystyle q라고 하면, 점 B\displaystyle \mathrm{B}의 좌표는 (p+q,0)\displaystyle (p+q,0)이다.

정사각형의 모든 변의 길이는 같으므로 점 D\displaystyle \mathrm{D}y\displaystyle y좌표는 q\displaystyle q이다. 또한, 점 D\displaystyle \mathrm{D}는 함수 y=23x\displaystyle y=2\sqrt{3x} 위의 점이므로 점 D\displaystyle \mathrm{D}y\displaystyle y좌표는 y=23p\displaystyle y=2\sqrt{3p}이다. 따라서 q=23p\displaystyle q=2\sqrt{3p}이다.

위와 동일한 방법으로 점 B\displaystyle \mathrm{B}y\displaystyle y좌표를 구하면, q=2p+q\displaystyle q=2\sqrt{p+q}이다.Correction. 해당 좌표 설명의 B는 C의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

그러므로 q=23p=2p+q\displaystyle q=2\sqrt{3p}=2\sqrt{p+q}이다. 양변을 제곱하고 p\displaystyle p에 대해서 정리하면 다음과 같다.23p=2p+q12p=4(p+q)8p=4qp=q/2\displaystyle \begin{aligned}2\sqrt{3p}&=2\sqrt{p+q}\\12p&=4(p+q)\\8p&=4q\\p&=q/2\end{aligned}

위에서 구한 p=q/2\displaystyle p=q/2를 다시 q=23p\displaystyle q=2\sqrt{3p}에 대입하면 q=23q/2\displaystyle q=2\sqrt{3q/2}를 얻는다. 양변을 제곱하고 q\displaystyle q에 대해서 정리하면 다음과 같다.q=23q/2q2=12q/2q=6\displaystyle \begin{aligned}q&=2\sqrt{3q/2}\\q^2&=12q/2\\q&=6\end{aligned}그러므로 q=6\displaystyle q=6이고 p\displaystyle p에 대한 관계식 p=q/2\displaystyle p=q/2에 의해서 p=3\displaystyle p=3이다.

(문제 1-2)

닫힌구간 [p,p+q]\displaystyle [p,p+q] 또는 [3,9]\displaystyle [3,9]의 임의의 점 x\displaystyle x에서 입체도형의 단면을 이루는 정삼각형의 한 변의 길이 (x)\displaystyle \ell(x)는 다음과 같다.(x)=q2x=62x\displaystyle \ell(x)=q-2\sqrt x=6-2\sqrt x그러므로, 단면의 넓이가 S(x)\displaystyle S(x)는 정삼각형의 넓이 공식에 의해 다음과 같다.S(x)=34(x)2=34(62x)2\displaystyle S(x)=\frac{\sqrt3}4\ell(x)^2=\frac{\sqrt3}4(6-2\sqrt x)^2

이 때, S(x)\displaystyle S(x)는 닫힌구간 [3,9]\displaystyle [3,9]에서 연속이다. 그러므로 제시문 (나)에 의해서 입체도형의 부피 V\displaystyle V는 다음과 같다.Correction. 부피 계산에서 참조한 제시문 (나)는 (가)의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.V=pp+qS(x)dx=3934(62x)2dx=3439(3624x+4x)dx=3[9x4x3/2+x2/2]39=3[9(93)4(93/233/2)+(9232)/2]=3[544(2733)+(819)/2]=3(54108+123+36)=3(12318)=36183=m+n3m=36, n=18m+n=18\displaystyle \begin{aligned}V&=\int_p^{p+q}S(x)\,dx=\int_3^9\frac{\sqrt3}4(6-2\sqrt x)^2\,dx\\&=\frac{\sqrt3}4\int_3^9(36-24\sqrt x+4x)\,dx\\&=\sqrt3\Biggl[9x-4x^{3/2}+x^2/2\Biggr]_3^9\\&=\sqrt3\left[9(9-3)-4(9^{3/2}-3^{3/2})+(9^2-3^2)/2\right]\\&=\sqrt3\left[54-4(27-3\sqrt3)+(81-9)/2\right]\\&=\sqrt3(54-108+12\sqrt3+36)\\&=\sqrt3(12\sqrt3-18)\\&=36-18\sqrt3\\&=m+n\sqrt3\\\therefore\quad m&=36,\ n=-18\quad\Rightarrow\quad m+n=18\end{aligned}

[2-1] (15점)Correction. 이 문항의 채점기준에 다른 문항의 내용이 실려 있다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.(상) 답이 맞고 그 이유를 명확히 제시한 경우(중상) 답이 틀렸지만 연속 조건과 접선 조건을 적용한 식이 모두 맞는 경우(중하) 답이 틀렸지만 연속 조건과 접선 조건을 적용한 식 중 하나만 맞는 경우(하) 답이 틀렸고 연속 조건과 접하는 조건을 적용한 식 모두 클린 경우

[2-2] (15점)(상) 답이 맞고 그 이유를 명확히 제시한 경우(중상) 답이 틀렸지만 교점의 좌표를 찾는 식과 정적분 식이 모두 맞는 경우(중하) 답이 틀렸지만 교점의 좌표를 찾는 식과 정적분 식 중 하나만 맞는 경우(하) 답이 틀렸고 연속 조건과 접하는 조건을 적용한 식 모두 클린 경우

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