전설의 수학 문제를 찾아서 8번째 문제 2016학년도 서울대 구술 고사 문제인 원탁위의 카드 두번째 글입니다. 일대일 대응의 개념을 사용하여 만들어진 멋진 문제입니다. 이 문제에서 우리가 배울 수 있는 일대일 대응의 성질은 무엇일까요?
Level: ★★★★☆
전설의 수학 문제를 찾아서 – 원탁위의 카드 (1) (2016, 서울대)
전설의 수학 문제를 찾아서 8번째 문제는 2016학년도 서울대 구술 고사 문제인 원탁위의 카드입니다. 이 문제는 중복조합, 불변성, 일대일 대응의 의미와 개념, 그리고 그 활용을 잘 보여주는 훌륭한 문제입니다.
사차함수의 이중접선과 변곡점의 관계
이중접선을 갖는 사차함수의 그래프는 어떤 특징을 갖고 있을까요? 놀랍게도 변곡점을 갖는 모든 사차함수는 이중접선을 갖고 있습니다. 반대로 이중접선을 갖는 사차함수는 변곡점을 갖고 있습니다. 즉, 사차함수 \(f(x)=ax^4+bx^3+cx^2+dx+e\) \((a\ne 0)\)의 그래프가 이중접선을 가질 조건은 함수 \(f(x)\)의 그래프가 변곡점을 가질 조건과 같습니다. 즉,
$$\begin{align}&\text{변곡점을 갖는 사차함수}\\
&\Leftrightarrow\text{이중접선을 갖는 사차함수}\end{align}$$
$$3b^2-8ac>0$$
입니다. 그리고 이 때, 이중접선의 방정식은$$y=\left(\frac{b(b^2-4ac)}{8a^2}+d\right)x-\frac{(b^2-4ac)^2}{64a^3}+e$$
입니다. 이 글에서는 이 조건을 증명하고, 이중접선의 방정식을 유도합니다.삼차함수의 접선의 개수
좌표평면 위의 점 \((a,b)\)에서 삼차함수 \(f(x)\)의 그래프에 그을 수 있는 접선의 개수는 \(1\)개에서 \(3\)개로 점 \((a,b)\)의 위치에 따라 달라집니다.
이 글에서는 점 \((a,b)\)에서 그을 수 있는 접선의 개수가 점 \((a,b)\)에 따라 어떻게 달라지는지 그 이유는 무엇인지를 구체적으로 알아봅니다.
포물선의 모양은 한 가지뿐! – 포물선의 닮음 관계
모든 정사각형의 모양은 한가지뿐입니다. 그렇다면 정삼각형의 모양은 모두 몇가지 일까요? 모든 정삼각형의 모양 역시 한가지입니다. 이러한 도형들의 공통점은 무엇일까요? 바로 닮음입니다. 모든 정사각형은 서로 닮음이고, 모든 정삼각형도 서로 닮음입니다. 마찬가지로, 포물선의 모양은 오직 한가지 뿐입니다.
$$\begin{align}
&①.\text{ 모든 포물선은 서로 닮음이다.}\\
&②.\ y=ax^2\text{과 }y=bx^2\text{의 닮음비}=|b|:|a|\end{align}$$
전설의 수학 문제를 찾아서 – tan1°의 정체 (2006, 교토)
전설의 수학 문제를 찾아서, 7번째 문제는 \(\tan1^\circ\)의 정체입니다. 이 문제는 여러 개의 기본적인 수학 개념을 조합하여 어떻게 좋은 문제를 만들 수 있는지를 아주 잘 보여주는 문제입니다. 문제의 길이는 아주 짧지만 그 여운은 아주 강렬했던 문제입니다. 실제로 이 문제는 수험생들 중 일부만 풀 수 있었던 것으로 알려져 있습니다. 그 이유는 과연 무엇이었을까요? 이 문제를 풀기 위해 필요한 기본 개념들은 무엇일까요?
\(\tan1^\circ\)는 유리수인가? 무리수인가?
합성함수의 적분가능성과 치환적분법의 관계 – 2020학년도 9월 모의고사 가형 30번
2020학년도 9월 모의고사 30번은 평가원이 ‘적분법’에 대한 문제를 어떻게 만들고 무엇을 강조하는지를 다시 한번 분명히 보여주는 문제입니다.
실수 전체의 집합에서 미분가능한 함수 \(f(x)\)가 모든 실수 \(x\)에 대하여
$$f'(x^2+x+1)=\pi f(1)\sin\pi x + f(3)x+5x^2\tag{1}\label{eq1}$$ 을 만족시킬 때, \(f(7)\)의 값을 구하시오.
이 문제를 풀기 위해서는 합성함수의 적분법이 필요합니다. 함성함수의 적분법과 치환적분법은 어떠한 관계가 있을까요? 그리고 평가원의 출제의도와 의미는 무엇일까요? 그리고 이 문제는 좋은 30번 문제일까요?