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정말 간단하게, 의식의 흐름대로 쓰려고 한다. 종이 안 쓰고 글 쓰면서 푼 거라 깔끔하지는 않다.

이번에 29, 30이 진짜 쉽긴 한 것 같다 ㅋㅋ; 번호는 짝수 기준. 


20번.

  • 앞면이 5번 이상 나오면 무조건 연속해서 나오는 경우가 있다.
  • 여기서 \binom{7}{5}+\binom{7}{6}+\binom{7}{7} = 29개.
  • 앞면이 4번 나오면, 한 경우를 제외하면 연속해서 나오는 경우가 있다.
  • 여기서 \binom{7}{4}-1 = 34개.
  • 앞면이 3번 나오는 경우를 보자. 전체 35개 중, 연속해서 나오지 않는 경우는 몇 개?
  • 1 \le x_1 < x_2 - 1 < x_3 - 2 \le 5로 생각하면 \binom{5}{3} = 10개.
  • 그러니 총 29+34+35-10 = 88개. 답은 \frac{88}{2^7} = \frac{11}{16}이니 1번.

21번. 

  • 절댓값과 미분 가능성에 관한 문제는 정말 많이 나오는 것 같다.
  • 핵심은 절댓값 안에 있는 값이 0인 경우에, 도함수가 0이어야 한다는 것이다.
  • 일단 f(x) = e^t(x-t)+e^t라는 것은 쉽게 알 수 있다.
  • 그러니 우리는 |e^t(x-t)+e^t + k - \ln x|에 대하여 고민해야 한다.
  • 일단 h(x) = e^t(x-t) + e^t + k - \ln x를 보자.
  • h'(x) = e^t - \frac{1}{x}이니, h는 감소 후 증가한다.
  • h의 최솟값이 0 이상이면, 문제 없다.
  • h의 최솟값이 음수면, h(x)=0인 지점에서 h'(x)=0이어야 한다.
  • 그런데 이러면 결국에는 h(x)=0인 지점이 그래프 개형상 극점이어야 한다.
  • 결론: h의 최솟값이 0 이상이어야 한다.
  • h의 최솟값은 x = e^{-t}에서 얻어진다. 
  • 즉, h(e^{-t}) = 0이 되도록 하는 k의 값이 g(t)다.
  • 정리하면 g(t) = (t-1)e^t - (t+1)을 얻는다.
  • 이제 g의 그래프 개형을 그리면, (ㄱ)이 참임을 확인할 수 있다. 
  • g가 연속이며, g의 최솟값이 음수이니까 (ㄱ)이 참임은 자명하다.
  • (ㄴ)도 쉽게 확인할 수 있다. (c-1)e^c = (c+1)이면, (-c-1)e^{-c} = (-c+1)이다. 간단 식 조작.
  • 마지막으로 (ㄷ)을 보자. g(x)의 개형을 다시 생각해보자.
  • m이 최소라는 것은 g(\alpha) = g(\beta) = 0이라는 것이다.
  • 이제 g'(x) = xe^x - 1임을 생각하면, \displaystyle \frac{1+g'(\beta)}{1+g'(\alpha)} = \frac{\beta e^{\beta}}{\alpha e^{\alpha}}다.
  • 그런데 우리는 (ㄴ)에서 \alpha = -\beta임을 얻었다. 
  • 그러니 이 식은 다시 -e^{2\beta}로 바뀐다. 이제 확인해야 하는 것은 \beta > 1인지 여부다.
  • 이것은 매우 쉬운 일이다. \beta > 1임을 쉽게 확인할 수 있고, 결론적으로 (ㄷ)도 참이다. 답은 5번.

29번.

  • 구면 위의 점 (a,b,c)에서 그은 접평면의 방정식은 ax+by+cz=1이다.
  • 그러니 접점을 찾으려면, a^2+b^2+c^2=3a-3b+3c=-2a+7b-2c=1(a,b,c)를 찾으면 된다.
  • b, ca에 대하여 표현한 뒤, a에 대한 이차방정식을 풀면 된다.
  • 실제로 접점이 될 수 있는 두 점을 계산할 수 있다.
  • 이제 사면체의 부피를 계산하면 되는데 고등학교 과정 내에서 쓰는 방법으로 적당히 계산하면 된다.
  • 나는 귀찮아서 wolframalpha + determinant 썼다. 아마 \frac{20}{9} \sqrt{3}이 나와서 답이 29.  

30번.

  • 직관적으로, 한 점에서 만나려면, 그 점에서 두 함수의 값과 도함수가 모두 같아야 한다.
  • 직관을 엄밀하게 설명하고 싶다면, 볼록/오목성을 조금만 생각해보면 알 수 있다.
  • t^3\ln(x-t) = 2e^{x-a}, \frac{t^3}{x-t} = 2e^{x-a}x가 있다.
  • (x-t)\ln(x-t) =1을 여기서 얻는다. 
  • 그런데 h(x) = x\ln x의 개형을 생각해보면, x \ln x =1을 만족하는 실수 x는 유일하다.
  • 이 값을 u라 설정하면, x-t=u가 강제된다. 
  • 다시 대입하면, \frac{t^3}{u}  = 2e^{t+u-a}를 얻고, 정리하면 f(t)=a = t+u - \ln \frac{t^3}{2u}다.
  • 이를 t에 대해서 미분하면, f'(t) = 1 - \frac{3}{t}를 얻는다. 이제 계산하면 답은 64.