2018학년도 수시모집 논술전형 논술고사 출제의도 및 예시답안

시험유형	인문․사회계	자연계	의학계
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출 제 의 도

[문항 1]

본 문항에서는 구와 평면이 만나는 경우의 기하학적 성질을 이해하고 입체도형의 부피를 구할 수 있는지를 평가하고자 한다.

[1-1] 문제 상황을 파악하고 상황에 맞는 구와 평면과의 위치 관계를 이해하여, 입체도형의 부피를 구할 수 있는지를 평가하는 문항이다.

[1-2] 상황에 맞도록 입체도형과 평면과의 위치 관계를 이해하고, 평면의 방정식을 구할 수 있는지를 평가하는 문항이다.

[문항 2]

본 문항에서는 좌표평면 위의 한 점에서 곡선에 이르는 거리의 최솟값을 분류하여 함수로 나타낼 수 있는지와 미분계수의 정의를 이해하고 있는지를 평가하고자 한다. 또한 정적분을 구간을 분류하여 계산할 수 있는지를 평가하고자 한다.

[2-1] 한 점에서 곡선에 이르는 거리의 최솟값을 구간별로 분류하여 함수로 나타내고, 미분계수의 정의를 이용하여 미분가능 여부를 판단할 수 있는지를 평가하는 문항이다.

[2-2] 정적분을 구간을 분류하여 계산할 수 있는지를 평가하는 문항이다.

[문항 3]

본 문항에서는 합의 법칙, 곱의 법칙, 같은 것이 있는 순열을 활용하여 주어진 상황을 만족하는 경우의 수를 구할 수 있는지 평가하고자 한다.

[3-1] 같은 것이 있는 순열을 활용하여 주어진 상황을 만족하는 경우의 수를 구할 수 있는지를 평가하는 문항이다.

[3-2] 합의 법칙, 곱의 법칙, 같은 것이 있는 순열을 활용하여 주어진 상황을 만족하는 경우의 수를 구할 수 있는지를 평가하는 문항이다.

문 항 해 설

[문항 1]

공간도형은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 여러 가지 건축물에서 직선이나 평면 또는 곡선으로 나타나므로 실생활에서 많이 활용됨을 알 수 있다. 본 문항은 구와 평면과 만나는 경우의 기하학적인 성질을 이해하고 입체도형의 부피를 구하는 방법을 이용하여 원하는 부피를 구하고, 평면의 방정식과 점과 평면 사이의 거리를 구하는 방법을 이용하여 상황에 맞도록 문제를 해결하고, 풀이 과정을 논리적으로 전개할 수 있는지를 평가한다.

[문항 2]

본 문항은 좌표평면위의 한 점에서 포물선 위의 점에 이르는 거리의 최솟값을 구하고, 좌표평면의 한 점의 변화에 따른 최솟값의 변화를 분류하여 함수로 표현할 수 있는지, 미분가능성을 판단할 수 있는지를 평가한다. 또한 분류된 구간에 따라 정적분을 정확하게 계산할 수 있는지를 평가한다.

[문항 3]

주어진 상황에서 자신이 선택할 수 있는 방법 중에서 합리적인 방법을 선택할 수 있다는 것은 매우 중요하다. 본 문항은 합의 법칙, 곱의 법칙, 같은 것이 있는 순열 등을 이용하여 주어진 상황에 맞는 경우의 수를 구할 수 있는지, 풀이 과정을 논리적으로 전개할 수 있는지를 평가한다.

예 시 답 안

[문항 1]

[1-1]

돔은 구와 한 평면으로 둘러싸인 입체도형이므로 돔의 평면 부분의 둘레는 원이 된다.

하나의 공에서 겹치지 않는 [eqn: 2`]개의 돔을 생각할 때, 크기가 같은 경우는 공의 중심에서 [eqn: 2`]개의 돔을 결정하는 두 평면사이의 거리가 같은 경우이다. 돔의 크기가 최대가 되도록 자르는 경우 두 돔의 평면부분이 서로 접하게 된다.

그러므로 크기가 같은 [eqn: 3`]개 이상의 돔을 잘라낼 때, 잘라낸 돔의 크기가 최대가 되려면 이웃하는 돔의 평면부분이 서로 접해야 한다.

크기가 같은 [eqn: 3`]개의 돔을 잘라서 남은 부분의 부피가 최소가 되어야 하므로 다음과 같이 생각할 수 있다.

공의 중심을 좌표공간의 원점에 두고 평면 [eqn: x=1], [eqn: x=-1], [eqn: y=1], [eqn: y=-1], [eqn: z=1], [eqn: z=-1]에 평행한 평면으로 자른다고 할 때, 남은 부분의 부피가 최소가 되는 경우는 임의의 하나의 돔의 평면부분이 이웃하는 [eqn: 4`]개의 돔의 평면부분과 서로 접할 경우의 6개의 돔을 잘라내고 남은 입체도형이 구하고자 하는 입체도형 [eqn: rm`A]이다. 그림으로 나타내면 다음과 같다.

공의 중심을 좌표공간의 원점에 두고 평면 [eqn: x=1], [eqn: x=-1], [eqn: y=1`], [eqn: y=-1], [eqn: z=1], [eqn: z=-1]에 평행한 평면으로 자른다고 할 때, 돔들이 처음으로 서로 접하는 경우를 생각한다. [eqn: xy]평면에 놓인 접점들은 반지름의 길이가 1인 원에 내접하는 정사각형이므로

평면 [eqn: x= {sqrt {2}} over {2}], [eqn: x=- {sqrt {2}} over {2}], [eqn: y= {sqrt {2}} over {2}], [eqn: y=- {sqrt {2}} over {2}], [eqn: z= {sqrt {2}} over {2}], [eqn: z=- {sqrt {2}} over {2} `]에 의해 생기는 돔을 잘라낼 때 남은 부분의 부피가 최소가 된다.

남은 부분의 부피를 구하기 위해 돔 하나의 부피를 구한다.

[eqn: x= {sqrt {2}} over {2}`]에 의해 생기는 돔 중 부피가 작은 돔은 [eqn: {sqrt {2}} over {2} LEQ x LEQ 1]에서 [eqn: x]축에 수직인 평면으로 자른 단면은 반지름의 길이가 [eqn: sqrt {1-x ^{2}}`]인 원판으로 이루어진 입체도형이므로  제시문 (가)에 의하여 잘라낸 돔 하나의 부피는 [eqn: pi int _{{sqrt {2}} over {2}} ^{1} {(1-x ^{2} )dx```} =` {8-5 sqrt {2}} over {12} pi]이다.

반지름의 길이가 1인 공은 [eqn: -1 LEQ x LEQ 1]에서 [eqn: x]축에 수직인 평면으로 자른 단면은 반지름의 길이 [eqn: sqrt {1-x ^{2}}`]인 원판으로 이루어진 입체도형이므로 제시문 (가)에 의하여 [eqn: pi int _{-1} ^{1} {(1-x ^{2} )dx``} =` {4} over {3} pi]이다.

따라서 돔의 크기가 최대가 되도록 잘라내고 남은 입체도형 [eqn: rm`A]의 부피는

(공의 부피)[eqn: -][eqn: 6][eqn: times](돔 하나의 부피)[eqn: ={15 sqrt {2} -16} over {6} pi]이다.

[1-2]

[1-1] 에서 구한 입체도형 [eqn: rm`A]는 반지름의 길이 [eqn: r _{1} = {sqrt {2}} over {2}`]인 원판 [eqn: 6`]개와 서로 모양이 같은 구의 일부분 8개로 둘러싸여 있다.

크기가 가장 큰 돔을 제외하기 위해서는 입체도형 [eqn: rm`A]에서 구의 일부 중 인접한 세 원들과 모두 접하는 평면으로 잘라내는 것이다.

새로운 돔을 [eqn: x GEQ0`], [eqn: y GEQ0`], [eqn: z GEQ0`] 인 부분에서 잘라낸다고 할 때, 원 [eqn: 3`]개에 모두 접하는 평면의 법선벡터는 대칭성에 의해 [eqn: LEFT ( {1} over {sqrt {3}} ,~ {1} over {sqrt {3}} ,~ {1} over {sqrt {3}} RIGHT ) `]가 되고, 평면과 [eqn: x= {sqrt {2}} over {2} `]에 놓인 중심이 [eqn: LEFT ( {sqrt {2}} over {2} ,~0,~0 RIGHT ) `]이고 반지름의 길이가 [eqn: { sqrt { 2} } over { 2}`]인 원과의 접점은 [eqn: LEFT ( {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `]이다.

따라서 구하는 평면의 방정식은 제시문 (다)에 의하여 [eqn: x+y+z- LEFT ( 1+ {sqrt {2}} over {2} RIGHT ) `=0`]이다.

공의 중심인 원점에서 평면 [eqn: x+y+z- LEFT ( 1+ {sqrt {2}} over {2} RIGHT ) `=0] 사이의 거리는 [eqn: {2 sqrt {3} + sqrt {6}} over {6}]이다. 마지막으로 잘라낸 돔의 평면부분의 원의 반지름의 길이를 [eqn: r _{2`} ^{}]라 하면 피타고라스의 정리에 의하여

[eqn: r _{2 ^{}} ^{2} = {3-2 sqrt {2}} over {6}]이므로 마지막으로 잘라낸 평면부분의 넓이는 [eqn: {3-2 sqrt {2}} over {6} pi]이다.

[1-2] 별해

[1-1] 에서 구한 입체도형 [eqn: rm`A]는 반지름의 길이 [eqn: r _{1} = {sqrt {2}} over {2}`]인 원판 [eqn: 6`]개와 서로 모양이 같은 구의 일부분 8개로 둘러싸여 있다.

크기가 가장 큰 돔을 제외하기 위해서는 입체도형 [eqn: rm`A]에서 구의 일부 중 인접한 세 원들과 모두 접하는 평면으로 잘라내는 것이다.

새로운 돔을 [eqn: x GEQ0`], [eqn: y GEQ0`], [eqn: z GEQ0`] 인 부분에서 잘라낸다고 할 때, 원 [eqn: 3`]개에 모두 접하는 평면의 법선벡터는 대칭성에 의해 [eqn: LEFT ( {1} over {sqrt {3}} ,~ {1} over {sqrt {3}} ,~ {1} over {sqrt {3}} RIGHT ) `]가 되고 평면과 [eqn: x= {sqrt {2}} over {2} `]에 놓인 중심이

[eqn: LEFT ( {sqrt {2}} over {2} ,~0,~0 RIGHT ) `]이고 반지름의 길이가 [eqn: { sqrt { 2} } over { 2}`]인 원과의 접점은 [eqn: rm `P LEFT ( {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `], 평면과

[eqn: y= {sqrt {2}} over {2} `]에 놓인 중심이 [eqn: LEFT ( 0, {sqrt {2}} over {2} ,~0 RIGHT ) `]이고 반지름의 길이가 [eqn: { sqrt { 2} } over { 2}`]인 원과의 접점은

[eqn: rm `Q LEFT ( {1} over {2} ,~ {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `], 평면과 [eqn: z= {sqrt {2}} over {2} `]에 놓인 중심이 [eqn: LEFT ( 0,~0,~ {sqrt {2}} over {2} RIGHT ) `]이고 반지름의 길이가 [eqn: { sqrt { 2} } over { 2}`]인

원과의 접점은 [eqn: rm `R LEFT ( {1} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {sqrt {2}} over {2} RIGHT ) `]이다. 세 점 [eqn: rm `P LEFT ( {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `], [eqn: rm `Q LEFT ( {1} over {2} ,~ {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `],

[eqn: rm `R LEFT ( {1} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {sqrt {2}} over {2} RIGHT ) `]을 지나는 평면의 방정식은  [eqn: x+y+z-left(1+ {sqrt {2}} over {2} right)=0`]이다.

마지막으로 잘라낸 돔의 평면부분의 원의 반지름의 길이를 [eqn: r _{2`} ^{}]라 하면 세 점 [eqn: rm `P LEFT ( {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `],

[eqn: rm `Q LEFT ( {1} over {2} ,~ {sqrt {2}} over {2} ,~ {1} over {2} RIGHT ) `], [eqn: rm `R LEFT ( {1} over {2} ,~ {1} over {2} ,~ {sqrt {2}} over {2} RIGHT ) `]을 꼭짓점으로 하는 정삼각형의 외접원이다.

정삼각형이므로 [eqn: r _{2`} ^{} = {sqrt {3}} over {3} {bar{rm`PQ}}] 이므로 [eqn: r _{2 ^{}} ^{2} = {3-2 sqrt {2}} over {6}]이고 마지막으로 잘라낸 평면부분의 넓이는 [eqn: {3-2 sqrt {2}} over {6} pi]이다.

[문항 2]

[2-1]

포물선 [eqn: y ^{2} =4px`] 위의 한 점을 [eqn: rm A LEFT ( it x,``y RIGHT )]라 하고, [eqn: x`]축 위의 한 점을 [eqn: rm B`it LEFT ( t,``0 RIGHT )]이라 하면

[eqn: rm ` {bar{AB}}= sqrt {it ` LEFT { x- LEFT ( t-2p RIGHT ) RIGHT } ^{2} +4p LEFT ( t-p RIGHT ) rm}]이다.

[eqn: t-2p`ge`0`]인 경우, [eqn: f LEFT ( t RIGHT ) =2 sqrt {p LEFT ( t-p RIGHT )}]이다.

[eqn: t-2p`<`0`]인 경우, [eqn: rm ` it f LEFT ( t RIGHT ) = sqrt {t ^{2}} = LEFT | t RIGHT |]이다.

그러므로 함수 [eqn: f LEFT ( t RIGHT ) `]는

[eqn: f LEFT ( t RIGHT ) = {cases{``2 sqrt {p LEFT ( t-p RIGHT )}&`` LEFT ( t` GEQ 2p RIGHT )#```````````t&``(0` LEQ `t` < 2p)#```-t&``(t<0)}}]

이다.

함수 [eqn: f LEFT ( t RIGHT ) `]는 정의된 각 구간에서 미분가능하므로 [eqn: t=0`]과 [eqn: t=2p]에서 미분가능성을 확인하면 된다.

제시문 (가), (나)에 의하여

(ⅰ) [eqn: lim _{t` -> `0-} {{f LEFT ( t RIGHT ) -f LEFT ( 0 RIGHT )} over {t-0}} = lim _{t` -> `0-} {{-t-0} over {t-0} =`-1}],  [eqn: lim _{t` -> `0+} {{f LEFT ( t RIGHT ) -f LEFT ( 0 RIGHT )} over {t-0}} = lim _{t` -> `0+} {{t-0} over {t-0} =`1}]

따라서 [eqn: t=`0`]에서 미분가능하지 않다.

(ⅱ) [eqn: lim _{t` -> `2p-} {{f LEFT ( t RIGHT ) -f LEFT ( 2p RIGHT )} over {t-2p}} = lim _{t` -> `2p-} {{t-2p} over {t-2p} =`1}]

[eqn: lim _{t` -> `2p+} {{f LEFT ( t RIGHT ) -f LEFT ( 2p RIGHT )} over {t-2p}} = lim _{t` -> `2p+} {{2 sqrt {p LEFT ( t-p RIGHT )} -2p} over {t-2p}}]  [eqn: = lim _{t` -> `2p+} {{2p} over {sqrt {p LEFT ( t-p RIGHT )} +p} =1}]

따라서 [eqn: t=`2p``]에서 미분가능하다.

그러므로 함수 [eqn: f LEFT ( t RIGHT ) `]는 [eqn: t=0`]을 제외한 모든 실수에서 미분가능하다.

[2-2]

[eqn: G LEFT ( p RIGHT ) = int _{0} ^{5p} {tf LEFT ( t RIGHT ) dt`} = int _{0} ^{2p} {tf LEFT ( t RIGHT ) dt+ int _{2p} ^{5p} {tf LEFT ( t RIGHT ) dt}} = int _{0} ^{2p} {t ^{2} dt+ int _{2p} ^{5p} {t`times2 sqrt {p LEFT ( t-p RIGHT )} dt`}}]

따라서

[eqn: G LEFT ( 1 RIGHT ) = int _{0} ^{2} {t ^{2} dt+ int _{2} ^{5} {t` TIMES 2 sqrt {t-1} dt}}]

(ⅰ) [eqn: int _{0} ^{2} {t ^{2} dt= LEFT [ {1} over {3} t ^{3} RIGHT ] _{0} ^{2} = {8} over {3} `}]

(ⅱ) [eqn: t-1=s`]라 두면

[eqn: int _{2} ^{5} {t` TIMES 2 sqrt {t-1} dt} =2 int _{1} ^{4} {LEFT ( s+1 RIGHT ) sqrt {s} ds`} =2 int _{1} ^{4} {LEFT ( s sqrt {s} + sqrt {s} RIGHT ) ds} =2 LEFT [ {2} over {5} s ^{{5} over {2}} + {2} over {3} s ^{{3} over {2}} RIGHT ] _{1} ^{4}]

[eqn: =2 LEFT { {2} over {5} LEFT ( 2 ^{5} -1 RIGHT ) + {2} over {3} LEFT ( 2 ^{3} -1 RIGHT ) RIGHT } =2 LEFT ( {62} over {5} + {14} over {3} RIGHT ) = {124} over {5} + {28} over {3}]

그러므로 [eqn: G LEFT ( 1 RIGHT ) = {8} over {3} + {28} over {3} + {124} over {5} = {184} over {5} `]이다.

[문항 3]

[3-1]

검은색 타일을 연속해서 [eqn: 2`]개씩 붙이는 횟수를 [eqn: A`]라 하면,

[eqn: 3A le 25`], [eqn: A le 25 over3]

이므로 [eqn: A]의 최댓값은 [eqn: 8`]이고, [eqn: 25= 3 times8 +1`]이다.

따라서 검은색 타일의 최대 개수는 [eqn: 2times8+1=17`]이다.

이 때, 타일을 붙일 수 있는 경우의 수는

‘검은색이 타일이 연속해서 붙는 경우’ [eqn: 8`]개, ‘검은색 타일을 연속하지 않고 [eqn: 1`]개만 붙이는 경우’ [eqn: 1`]개, 총 [eqn: 9`]개를 일렬로 나열하는 경우의 수와 같다.

그러므로 [eqn: (8+1)! over8! = 9`]이다.

[3-2]

[ 그림4 ]

※

[ case1 ]

※

[ case2 ]

※

[ 그림4 ]와 같이 ※자리에

검은색 타일을 붙이는 경우 [ case1 ]과 흰색 타일을 붙이는 경우 [ case2 ]로 구별하고 검은색 타일이 연속해서 [eqn: 2`]개가 붙는 개수를 [eqn: x`], 검은색 타일이 연속되지 않고 [eqn: 1`]개만 붙는 개수를 [eqn: y`]라 하자.

[ 그림5 ]

(ㄱ)

(ㄴ)

[ 그림6 ]

(ㄷ)

(ㄹ)

[ case 1 ]은 [ 그림5 ]와 같이 ❶과 ❷를 제외한 [eqn: 6`]개의 타일의 색이 정해진다.

(ㄱ)영역에서 붙일 수 있는 흰색 타일의 개수는 [eqn: (x+y-1)`]이다.

즉, [eqn: 2x+y +(x+y-1)=14`], [eqn: 3x+2y=15`]

이를 만족하는 순서쌍 [eqn: (x`,``y)`]는 [eqn: (1`,``6)`,``(3`,``3)`,``(5`,``0)`]뿐이다.

즉, (ㄱ)영역이 만들어지는 경우의 수는 [eqn: 7! over6! + 6! over 3!3! + 5! over5! = 7+20 +1=28`]이다.

(ㄴ)영역에서 붙일 수 있는 흰색 타일의 개수는 [eqn: (x+y-1)`]이다.

즉, [eqn: 2x+y+(x+y-1)=7`], [eqn: 3x+2y=8`]

이를 만족하는 순서쌍 [eqn: (x`,``y)`]는 [eqn: (0`,``4)`,``(2`,``1)`]뿐이다.

즉 (ㄴ)영역이 만들어지는 경우의 수는 [eqn: 4! over4! + 3! over2! = 1+3=4`]이다.

따라서 [ case1 ]이 만들어지는 경우의 수는 [eqn: 28 times 4= 112`]이다.

[ case 2 ]는 [ 그림6 ]과 같이 ❶과 ❷를 제외한 [eqn: 6`]개의 타일의 색이 정해진다.

위와 같은 방법으로 계산하면 (ㄷ), (ㄹ)영역이 만들어지는 경우의 수는 각각 [eqn: 37`,``7`]이다.

따라서 [ case2 ]가 만들어지는 경우의 수는 [eqn: 37 times 7 = 259`]이다.

그러므로 구하는 경우의 수는 [eqn: 112+259=371`]이다.