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SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY OFFICIAL RUBRICS · JEV-REA-ARGON
입학처 공식 평가원칙 및 단계별 세부 루브릭 [10회분 통합본]
성균관대학교
실전모의고사 10회분 수학해설집
JEV-REA-ARGON 엔진 적용 · 제1회 ~ 제10회 통합 단계별 모범답안 & 채점기준표
출제 과목: 공통수학 · 대수(수학Ⅰ) · 미적분Ⅰ(수학Ⅱ) · 확률과 통계
각 문제별 감점 클리닉 및 2열 공식 루브릭 완비
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값 정리·산술기하평균·독립시행·법선 조건 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 양수 조건, 등호 성립 조건, 서로소 조건 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·수학Ⅰ 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
원·포물선의 기하적 성질이나 로그·삼각방정식의 대칭성으로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 수학Ⅱ 다항함수의 대칭성·포락선 및 구간별 정적분 (25% 비중)
삼차·사차함수의 변곡점 대칭성, 곡선 밖의 점에서 그은 접선의 개수, 절댓값 도함수 정적분 \(g(t)\)의 구간 분기 및 좌·우미분계수 판정 과정을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·베이즈 정리 및 확률변수 선형결합 (20% 비중)
독립시행 좌표 이동이나 복원추출 정적분 확률변수 문제에서 확률변수들을 단일 확률변수 또는 독립 확률변수의 선형결합으로 표현하여 기댓값 \(E(X)\)와 분산 \(V(X)\)를 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 수험생 100인 표본 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 등호 성립 조건 및 정의역 경계 누락: 산술·기하평균에서 등호 조건을 생략하거나, 완전제곱 인수가 포함된 부등식 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)에서 \(a=1\)을 제외하지 않아 2~3점 감점.
[함정 2] 2칸 간격 망원급수 잔여항 착오: \(\sum \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\) 소거 시 앞의 두 항(\(1+\frac{1}{2}\))과 뒤의 두 항이 남는 것을 간과하고 1개 항만 남겨 오답 발생.
[함정 3] 종속 확률변수의 분산 합산 오류: 한 시행에서 동시에 결정되는 좌표 \((X_n, Y_n)\)을 독립으로 착각하여 \(V(X_n \pm Y_n) = V(X_n) + V(Y_n)\)으로 계산하는 치명적 오류.
📊 교과서 핵심 4대 과목(공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제1회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제1회
[실전모의]
[문제 1] 공통수학, 수학Ⅰ 동심원 \(C_n, C_{n+1}\)의 접선 현 위 격자점 개수 \(a_n\), 삼각형 넓이 제곱 합 및 망원급수 부등식 30점 상
[문제 2] 수학Ⅱ 삼차함수 밖의 점에서 그은 접선 개수 조건, 절댓값 도함수 정적분 \(g(t)\)의 구간별 도출과 정적분 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 주사위 독립시행에 따른 2차원 평면 이동 점의 조건부확률 및 선형결합 확률변수 기댓값·분산 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 4대 과목 출제 원칙 및 합격 전략
1. 출제 범위 엄수 (공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계): 성균관대 최신 출제 기조에 맞추어 초월함수 미적분과 공간벡터를 배제하고, 교과서 핵심 개념의 깊이 있는 논증력을 측정합니다.
2. 대문항 3개 · 100점 만점 표준 편제: [문제 1](30점: 공통수학·수학Ⅰ 수열/도형/로그), [문제 2](40점: 수학Ⅱ 다항함수 미적분·절댓값·넓이), [문제 3](30점: 확률과 통계 조건부확률·확률변수 기댓값/분산)의 황금 비율을 완벽 구현했습니다.
3. 단계별 연쇄 논증 (ⅰ ➔ ⅱ ➔ ⅲ): 소문항 (ⅰ)에서 도출한 일반항이나 기하적 성질이 (ⅱ), (ⅲ)의 망원급수 부등식 및 정적분 계산의 핵심 보조정리로 직결됩니다.

【제1회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.6 탐구 4011 변형 | 성취기준: 12대수03-04, 12대수03-05]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 접선 \(\ell_n\)의 방정식과 선분 \(A_n B_n\) 위의 정수 격자점 개수 \(a_n\) 도출

제시문 <1>에 의하여 원 \(C_n : x^2 + y^2 = n^2\) 위의 점 \(P_n(0, n)\)에서의 접선 \(\ell_n\)의 방정식은 \(0 \cdot x + n \cdot y = n^2\), 즉 \(y = n\)입니다.
이 직선 \(y = n\)과 원 \(C_{n+1} : x^2 + y^2 = (n+1)^2\)의 교점의 \(x\)좌표는\[\begin{aligned} x^2 + n^2 = (n+1)^2 &\iff x^2 = 2n + 1 \\ &\iff x = \pm\sqrt{2n+1} \end{aligned}\]이므로 두 교점은 \(A_n\left(-\sqrt{2n+1}, \; n\right), \; B_n\left(\sqrt{2n+1}, \; n\right)\)입니다.
선분 \(A_n B_n\) 위의 점 \((x, n)\)에서 \(y\)좌표 \(n\)은 이미 자연수(정수)이므로, 격자점의 개수 \(a_n\)은 부등식 \(-\sqrt{2n+1} \le x \le \sqrt{2n+1}\)을 만족시키는 정수 \(x\)의 개수와 같습니다.
자연수 \(k = \left\lfloor \sqrt{2n+1} \right\rfloor\)라 하면 \(a_n = 2k + 1\)입니다. \(1 \le n \le 15\)일 때 \(3 \le 2n+1 \le 31\)이므로 구간을 나누면 다음과 같습니다.
• \(n = 1\) (\(2n+1=3\)): \(k = 1 \implies a_1 = 3\) (1개 항)
• \(2 \le n \le 3\) (\(5 \le 2n+1 \le 7\)): \(k = 2 \implies a_n = 5\) (2개 항)
• \(4 \le n \le 7\) (\(9 \le 2n+1 \le 15\)): \(k = 3 \implies a_n = 7\) (4개 항)
• \(8 \le n \le 11\) (\(17 \le 2n+1 \le 23\)): \(k = 4 \implies a_n = 9\) (4개 항)
• \(12 \le n \le 15\) (\(25 \le 2n+1 \le 31\)): \(k = 5 \implies a_n = 11\) (4개 항)
따라서 구하는 합은 \(\displaystyle \sum_{n=1}^{15} a_n = 3 \times 1 + 5 \times 2 + 7 \times 4 + 9 \times 4 + 11 \times 4 = 3 + 10 + 28 + 36 + 44 = 121\)입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 삼각형 \(O A_n B_n\)의 넓이 제곱 \(b_n\)의 일반항과 거듭제곱 합 계산

선분 \(A_n B_n\)의 길이는 \(\overline{A_n B_n} = 2\sqrt{2n+1}\)이고, 원점 \(O(0,0)\)에서 직선 \(y=n\)까지의 거리는 \(n\)입니다.
따라서 삼각형 \(O A_n B_n\)의 넓이는 \(S_n = \frac{1}{2} \times 2\sqrt{2n+1} \times n = n\sqrt{2n+1}\)이며, 제곱수열 \(b_n\)의 일반항은\[b_n = S_n^2 = n^2(2n+1) = 2n^3 + n^2\]입니다. 제시문 <2>의 거듭제곱 합 공식을 적용하면\[\begin{aligned} \sum_{n=1}^{10} b_n &= 2\sum_{n=1}^{10} n^3 + \sum_{n=1}^{10} n^2 = 2\left(\frac{10 \times 11}{2}\right)^2 + \frac{10 \times 11 \times 21}{6} \\ &= 2 \times 3025 + 385 = 6050 + 385 = 6435 \end{aligned}\]입니다.

【제1회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 부분분수 망원급수 소거를 통한 자연수 \(m\)의 최솟값 도출

(1-ⅱ)에서 구한 \(b_n = n^2(2n+1)\)을 주어진 급수의 일반항에 대입하면 \(n^2\)이 약분되어\[\frac{b_n}{n^4(n+1)^2} = \frac{n^2(2n+1)}{n^4(n+1)^2} = \frac{2n+1}{n^2(n+1)^2} = \frac{(n+1)^2 - n^2}{n^2(n+1)^2} = \frac{1}{n^2} - \frac{1}{(n+1)^2}\]이 성립합니다. 따라서 제\(m\)항까지의 부분합을 망원급수로 소거하면\[\begin{aligned} \sum_{n=1}^m \frac{b_n}{n^4(n+1)^2} &= \sum_{n=1}^m \left\{\frac{1}{n^2} - \frac{1}{(n+1)^2}\right\} \\ &= \left(1 - \frac{1}{2^2}\right) + \left(\frac{1}{2^2} - \frac{1}{3^2}\right) + \cdots + \left(\frac{1}{m^2} - \frac{1}{(m+1)^2}\right) = 1 - \frac{1}{(m+1)^2} \end{aligned}\]입니다. 주어진 부등식 \(1 - \dfrac{1}{(m+1)^2} \ge \dfrac{99}{100}\)를 풀면\[\frac{1}{(m+1)^2} \le \frac{1}{100} \iff (m+1)^2 \ge 100 \iff m+1 \ge 10 \quad (\because m \text{은 자연수})\]이므로 \(m \ge 9\)입니다. 따라서 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(9\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] 접선 \(y=n\)과 원 \(C_{n+1}\)의 교점 \(x = \pm\sqrt{2n+1}\) 및 격자점 공식 \(a_n = 2\lfloor\sqrt{2n+1}\rfloor + 1\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅰ] \(n=1 \sim 15\) 구간별 정수 부분 값을 분류하여 \(\sum_{n=1}^{15} a_n = 121\) 정확히 계산 (5점)
소문항 [1-ⅱ] 현의 길이와 높이를 이용해 \(S_n = n\sqrt{2n+1}\) 및 일반항 \(b_n = 2n^3 + n^2\) 유도 (5점)
소문항 [1-ⅱ] 자연수 거듭제곱의 합 공식을 적용하여 \(\sum_{n=1}^{10} b_n = 6050 + 385 = 6435\) 산출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 일반항 \(\frac{b_n}{n^4(n+1)^2} = \frac{1}{n^2} - \frac{1}{(n+1)^2}\) 부분분수 변형 및 부분합 \(1 - \frac{1}{(m+1)^2}\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 부등식 \((m+1)^2 \ge 100\)을 풀어 자연수 \(m\)의 최솟값 \(9\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제1회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅰ]에서 양 끝점 \(x = \pm 3\) (\(n=4\)), \(x = \pm 5\) (\(n=12\))가 정수가 되는 경계 인덱스를 누락하거나 \(x=0\)을 빠뜨려 \(2k\)로 계산하면 3점 감점됩니다.
• 방어 전략: \(2n+1\)이 완전제곱수(\(9, 25\))가 되는 \(n=4, 12\)를 기준으로 구간을 분할하여 표나 리스트로 명시하십시오.

【제1회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.25 탐구 4012 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-1. 부정적분과 정적분 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.16 탐구 4012 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-05, 12미적Ⅰ-03-04, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] 점 \(P(3,0)\)에서 그은 접점이 3개일 조건 및 정수 \(k\)의 합 산출

\(f(x) = x^3 - 3x^2 + k\)에서 \(f'(x) = 3x^2 - 6x = 3x(x-2)\)입니다.
곡선 위의 접점을 \((s, s^3 - 3s^2 + k)\)라 하면 접선의 방정식은 \(y - (s^3 - 3s^2 + k) = (3s^2 - 6s)(x - s)\)입니다.
이 직선이 점 \(P(3, 0)\)을 지나므로 \(x=3, y=0\)을 대입하여 정리하면\[\begin{aligned} -(s^3 - 3s^2 + k) &= 3s(s-2)(3-s) = -3s^3 + 15s^2 - 18s \\ \iff k &= 2s^3 - 12s^2 + 18s = 2s(s-3)^2 \end{aligned}\]삼차함수 \(h(s) = 2s^3 - 12s^2 + 18s\)로 놓으면, 서로 다른 세 접선을 그을 조건은 방정식 \(h(s) = k\)가 서로 다른 세 실근을 가질 조건과 같습니다.
\(h'(s) = 6s^2 - 24s + 18 = 6(s-1)(s-3) = 0\)에서 \(s=1\)일 때 극댓값 \(h(1) = 8\), \(s=3\)일 때 극솟값 \(h(3) = 0\)을 가집니다.
따라서 \(0 \lt k \lt 8\)이어야 하므로, 이를 만족하는 정수 \(k\)는 \(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\)이며 그 합은 \(\dfrac{7 \times 8}{2} = 28\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 적분 구간 \([t, t+2]\)의 위치에 따른 \(g(t)\)의 구간별 식과 최솟값 도출

\(f'(x) = 3x(x-2)\)이므로 \(x \le 0\) 또는 \(x \ge 2\)에서 \(f'(x) \ge 0\)이고, \(0 \le x \le 2\)에서 \(f'(x) \le 0\)입니다. 한 부정적분을 \(F_0(x) = x^3 - 3x^2\)이라 하면 \(F_0'(x) = f'(x)\)입니다.
적분 구간 \([t, t+2]\)의 길이가 \(2\)이므로 \(0, 2\)와의 위치 관계에 따라 4개 구간으로 나누어 계산합니다.
① \(t+2 \le 0 \iff t \le -2\)일 때: 구간 전체에서 \(f'(x) \ge 0\)이므로\[g(t) = \int_t^{t+2} (3x^2-6x)\,dx = F_0(t+2) - F_0(t) = \{(t+2)^3 - 3(t+2)^2\} - (t^3 - 3t^2) = 6t^2 - 4\]② \(-2 \lt t \le 0\) (즉 \(0 \lt t+2 \le 2\))일 때: \([t, 0]\)에서 \(f'(x) \ge 0\), \([0, t+2]\)에서 \(f'(x) \le 0\)이므로\[g(t) = \int_t^0 f'(x)\,dx - \int_0^{t+2} f'(x)\,dx = 2F_0(0) - F_0(t) - F_0(t+2) = -2t^3 + 4\]③ \(0 \lt t \le 2\) (즉 \(2 \lt t+2 \le 4\))일 때: \([t, 2]\)에서 \(f'(x) \le 0\), \([2, t+2]\)에서 \(f'(x) \ge 0\)이므로\[g(t) = -\int_t^2 f'(x)\,dx + \int_2^{t+2} f'(x)\,dx = F_0(t) + F_0(t+2) - 2F_0(2) = 2t^3 + 4\]④ \(t \gt 2\)일 때: 구간 전체에서 \(f'(x) \ge 0\)이므로 \(g(t) = F_0(t+2) - F_0(t) = 6t^2 - 4\)입니다.
따라서 \(g(t)\)는 \(t \lt 0\)에서 감소하고 \(t \gt 0\)에서 증가하므로, \(t = 0\)에서 최솟값 \(g(0) = 4\)를 가집니다.

【제1회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 우함수 대칭성을 이용한 \(\int_{-2}^2 g(t)\,dt\) 및 \(\int_{-3}^3 g(t)\,dt\) 계산

(2-ⅱ)에서 구한 \(g(t)\)를 정리하면 다음과 같습니다.\[g(t) = \begin{cases} 6t^2 - 4 & (t \le -2 \text{ 또는 } t \ge 2) \\ -2t^3 + 4 & (-2 \le t \le 0) \\ 2t^3 + 4 & (0 \le t \le 2) \end{cases}\]모든 실수 \(t\)에 대하여 \(g(-t) = g(t)\)가 성립하므로 \(g(t)\)는 \(y\)축에 대하여 대칭인 우함수입니다.
(1) 구간 \([-2, 2]\)에서의 정적분:\[\begin{aligned} \int_{-2}^2 g(t)\,dt &= 2\int_0^2 (2t^3 + 4)\,dt = 2\left[\frac{1}{2}t^4 + 4t\right]_0^2 \\ &= 2(8 + 8) = 32 \end{aligned}\](2) 구간 \([-3, 3]\)에서의 정적분:\[\begin{aligned} \int_{-3}^3 g(t)\,dt &= \int_{-2}^2 g(t)\,dt + 2\int_2^3 (6t^2 - 4)\,dt \\ &= 32 + 2\left[2t^3 - 4t\right]_2^3 = 32 + 2\{(54 - 12) - (16 - 8)\} = 32 + 2(42 - 8) = 32 + 68 = 100 \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] 접점 \(s\)에 대한 방정식 \(2s^3 - 12s^2 + 18s = k\) 수립 및 극값 \(h(1)=8, h(3)=0\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅰ] 세 실근 조건 \(0 \lt k \lt 8\)로부터 정수 \(k \in \{1,\dots,7\}\)의 합 \(28\) 산출 (6점)
소문항 [2-ⅱ] \(t \le -2\), \(-2 \le t \le 0\), \(0 \le t \le 2\), \(t \ge 2\)의 4개 구간별 \(g(t)\) 식 정확 도출 (10점)
소문항 [2-ⅱ] \(g(t)\)의 증감을 조사하여 \(t=0\)에서 최솟값 \(g(0)=4\) 산출 (4점)
소문항 [2-ⅲ] 우함수 성질 \(g(-t)=g(t)\) 확인 및 \(\int_{-2}^2 g(t)\,dt = 32\) 계산 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 구간 \([2, 3]\)의 정적분 \(34\)를 합산하여 \(\int_{-3}^3 g(t)\,dt = 100\) 완결 (7점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제1회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅰ]에서 곡선 밖의 점에서의 접선 개수를 변곡점이나 함수값 부호만으로 단정하면 감점됩니다. 반드시 접점 방정식의 서로 다른 실근 개수로 전환해야 합니다.
• 방어 전략: [2-ⅱ]에서 부정적분 \(F_0(x) = x^3 - 3x^2\)을 도입하면 구간별 정적분 계산 실수를 원천 차단할 수 있습니다.

【제1회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.9 탐구 4013 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통02-07, 12확통03-02, 12확통03-03]
Step 1 [문제 3-ⅰ] \(n\)회 시행 후 좌표 \((X_n, Y_n)\)의 표현 및 조건부확률 도출

주사위를 1회 던질 때 \(3\)의 배수(\(3, 6\))가 나올 확률은 \(p = \frac{1}{3}\)이고, 나오지 않을 확률은 \(q = \frac{2}{3}\)입니다.
\(n\)번의 독립시행 중 \(3\)의 배수의 눈이 나오는 횟수를 \(R\)이라 하면 \(R \sim \mathrm{B}\left(n, \frac{1}{3}\right)\)이며, \(3\)의 배수가 아닌 눈이 나오는 횟수는 \(n - R\)입니다.
따라서 \(n\)회 시행 후 점 \(P_n\)의 좌표 \((X_n, Y_n)\)은\[\begin{aligned} X_n &= 2R + 1 \cdot (n - R) = n + R, \\ Y_n &= 1 \cdot R + (-1)(n - R) = 2R - n \end{aligned}\]입니다. \(n = 6\)일 때 \(X_6 + 2Y_6 = (6 + R) + 2(2R - 6) = 5R - 6\)이므로, 사건 \(A : X_6 + 2Y_6 \ge 9\)는 \(5R - 6 \ge 9 \iff R \ge 3\)인 사건입니다.
\[P(A) = P(R \ge 3) = 1 - \sum_{r=0}^2 {}_6\mathrm{C}_r \left(\frac{1}{3}\right)^r \left(\frac{2}{3}\right)^{6-r} = 1 - \frac{496}{729} = \frac{233}{729}\]처음 2회 모두 \(3\)의 배수가 나오는 사건을 \(B\)라 하면, \(A \cap B\)는 처음 2회 성공 후 나머지 4회 중 \(1\)회 이상 성공할 사건이므로\[P(A \cap B) = \left(\frac{1}{3}\right)^2 \left\{1 - \left(\frac{2}{3}\right)^4\right\} = \frac{1}{9} \times \frac{65}{81} = \frac{65}{729}\]입니다. 따라서 구하는 조건부확률은 \(P(B|A) = \dfrac{P(A \cap B)}{P(A)} = \dfrac{65}{233}\)입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 선형결합 확률변수 \(Z_n = X_n - Y_n\)의 기댓값과 분산 유도

(3-ⅰ)의 좌표 관계식으로부터 \(Z_n = X_n - Y_n\)을 \(R\)에 관하여 정리하면\[Z_n = (n + R) - (2R - n) = 2n - R\]입니다. \(R \sim \mathrm{B}\left(n, \frac{1}{3}\right)\)이므로 제시문 <2>에 의하여 \(E(R) = \frac{1}{3}n, \; V(R) = n \cdot \frac{1}{3} \cdot \frac{2}{3} = \frac{2}{9}n\)입니다.
기댓값과 분산의 선형 성질을 적용하면\[\begin{aligned} E(Z_n) &= E(2n - R) = 2n - E(R) = 2n - \frac{1}{3}n = \frac{5}{3}n, \\ V(Z_n) &= V(2n - R) = (-1)^2 V(R) = \frac{2}{9}n \end{aligned}\]입니다.

【제1회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] \(W_n = X_n + Y_n\)의 이차적률 비율과 자연수 \(n\)의 최솟값 결정

확률변수 \(W_n = X_n + Y_n\)을 \(R\)에 관하여 나타내면\[W_n = (n + R) + (2R - n) = 3R\]입니다. 따라서 \(W_n\)의 기댓값과 분산은 각각\[E(W_n) = 3E(R) = 3 \cdot \frac{1}{3}n = n, \quad V(W_n) = 3^2 V(R) = 9 \cdot \frac{2}{9}n = 2n\]입니다. 제시문 <2>의 관계식 \(E(W_n^2) = V(W_n) + \{E(W_n)\}^2 = 2n + n^2\)을 대입하면\[\frac{E(W_n^2)}{\{E(W_n)\}^2} = \frac{n^2 + 2n}{n^2} = 1 + \frac{2}{n}\]입니다. 부등식 \(1 + \dfrac{2}{n} \le \dfrac{109}{100}\)을 정리하면\[\frac{2}{n} \le \frac{9}{100} \iff 9n \ge 200 \iff n \ge \frac{200}{9} = 22.22\cdots\]이므로, 이를 만족시키는 자연수 \(n\)의 최솟값은 \(23\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] \(X_n = n+R, \; Y_n = 2R-n\) 관계식 도출 및 \(X_6+2Y_6 \ge 9 \iff R \ge 3\) 변환 (4점)
소문항 [3-ⅰ] \(P(A) = \frac{233}{729}, \; P(A \cap B) = \frac{65}{729}\) 계산 및 조건부확률 \(\frac{65}{233}\) 도출 (6점)
소문항 [3-ⅱ] \(Z_n = 2n - R\) 식 도출 및 이항분포 \(E(R)=\frac{n}{3}, V(R)=\frac{2n}{9}\) 제시 (4점)
소문항 [3-ⅱ] 선형 성질을 적용하여 \(E(Z_n) = \frac{5}{3}n, \; V(Z_n) = \frac{2}{9}n\) 정확히 산출 (6점)
소문항 [3-ⅲ] \(W_n = 3R\)로부터 \(E(W_n)=n, \; V(W_n)=2n, \; E(W_n^2)=n^2+2n\) 유도 (5점)
소문항 [3-ⅲ] 부등식 \(1 + \frac{2}{n} \le \frac{109}{100}\)을 풀어 자연수 \(n\)의 최솟값 \(23\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제1회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅱ]에서 \(V(2n - R)\)을 계산할 때 상수항 \(2n\)을 그대로 두거나 \((-1)^2\)을 곱하지 않아 음수 분산을 적는 실수가 빈번합니다.
• 방어 전략: \(X_n, Y_n\)을 서로 독립인 두 변수로 착각하여 \(V(X_n) + V(Y_n)\)으로 계산하면 오답이 됩니다. 반드시 단일 확률변수 \(R\)에 대한 일차식으로 먼저 정리한 뒤 기댓값과 분산을 구하십시오.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값 정리·산술기하평균·독립시행·법선 조건 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 양수 조건, 등호 성립 조건, 서로소 조건 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·수학Ⅰ 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
원·포물선의 기하적 성질이나 로그·삼각방정식의 대칭성으로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 수학Ⅱ 다항함수의 대칭성·포락선 및 구간별 정적분 (25% 비중)
삼차·사차함수의 변곡점 대칭성, 곡선 밖의 점에서 그은 접선의 개수, 절댓값 도함수 정적분 \(g(t)\)의 구간 분기 및 좌·우미분계수 판정 과정을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·베이즈 정리 및 확률변수 선형결합 (20% 비중)
독립시행 좌표 이동이나 복원추출 정적분 확률변수 문제에서 확률변수들을 단일 확률변수 또는 독립 확률변수의 선형결합으로 표현하여 기댓값 \(E(X)\)와 분산 \(V(X)\)를 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 수험생 100인 표본 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 등호 성립 조건 및 정의역 경계 누락: 산술·기하평균에서 등호 조건을 생략하거나, 완전제곱 인수가 포함된 부등식 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)에서 \(a=1\)을 제외하지 않아 2~3점 감점.
[함정 2] 2칸 간격 망원급수 잔여항 착오: \(\sum \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\) 소거 시 앞의 두 항(\(1+\frac{1}{2}\))과 뒤의 두 항이 남는 것을 간과하고 1개 항만 남겨 오답 발생.
[함정 3] 종속 확률변수의 분산 합산 오류: 한 시행에서 동시에 결정되는 좌표 \((X_n, Y_n)\)을 독립으로 착각하여 \(V(X_n \pm Y_n) = V(X_n) + V(Y_n)\)으로 계산하는 치명적 오류.
📊 교과서 핵심 4대 과목(공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제2회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제2회
[실전모의]
[문제 1] 공통수학, 수학Ⅰ 외접원 내접 삼각형의 사인·코사인법칙, 각이등분선 할선 길이와 등비수열 정삼각형 넓이 및 귀납법 부등식 30점 최상
[문제 2] 수학Ⅱ 매개변수 삼차함수의 극값과 세 실근 조건, 변곡점 대칭성을 이용한 절댓값 정적분 최솟값 및 넓이 불변성 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 이항정리 미분 항등식 증명, 이차 확률밀도함수의 결정과 비음 조건하 기댓값의 최대·최소 범위 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 4대 과목 출제 원칙 및 합격 전략
1. 출제 범위 엄수 (공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계): 성균관대 최신 출제 기조에 맞추어 초월함수 미적분과 공간벡터를 배제하고, 교과서 핵심 개념의 깊이 있는 논증력을 측정합니다.
2. 대문항 3개 · 100점 만점 표준 편제: [문제 1](30점: 공통수학·수학Ⅰ 수열/도형/로그), [문제 2](40점: 수학Ⅱ 다항함수 미적분·절댓값·넓이), [문제 3](30점: 확률과 통계 조건부확률·확률변수 기댓값/분산)의 황금 비율을 완벽 구현했습니다.
3. 단계별 연쇄 논증 (ⅰ ➔ ⅱ ➔ ⅲ): 소문항 (ⅰ)에서 도출한 일반항이나 기하적 성질이 (ⅱ), (ⅲ)의 망원급수 부등식 및 정적분 계산의 핵심 보조정리로 직결됩니다.

【제2회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 대수 Ⅰ-1. 지수와 로그 (DB: ALG_Ch01_01) PDF p.14 탐구 4021 변형 / 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.8 탐구 4021 변형 | 성취기준: 12대수01-04, 12대수03-04]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 외접원 반지름 \(R\) 및 선분 \(A D_1, D_1 M\)의 길이 도출

삼각형 \(ABC\)에서 코사인법칙에 의하여 변 \(BC\)의 길이를 구하면\[\overline{BC}^2 = 6^2 + 3^2 - 2 \cdot 6 \cdot 3 \cos 120^\circ = 36 + 9 + 18 = 63 \implies \overline{BC} = 3\sqrt{7}\]사인법칙에 의하여 \(2R = \dfrac{\overline{BC}}{\sin 120^\circ} = \dfrac{3\sqrt{7}}{\sqrt{3}/2} = 2\sqrt{21}\)이므로 외접원의 반지름은 \(R = \sqrt{21}\)입니다.
내각의 이등분선 성질과 삼각형 넓이 분할 \(\triangle ABC = \triangle ABD_1 + \triangle ACD_1\)에 의하여\[\begin{aligned} \frac{1}{2} \cdot 6 \cdot 3 \sin 120^\circ &= \frac{1}{2} \cdot 6 \cdot \overline{AD_1} \sin 60^\circ + \frac{1}{2} \cdot 3 \cdot \overline{AD_1} \sin 60^\circ \\ &\implies \overline{AD_1} = \frac{18}{9} = 2 \end{aligned}\]입니다. 또한 \(\overline{BD_1} : \overline{CD_1} = 6 : 3 = 2 : 1\)이므로 \(\overline{BD_1} = 2\sqrt{7}, \; \overline{CD_1} = \sqrt{7}\)입니다.
원 내부의 두 현 \(AM, BC\)의 교점 \(D_1\)에서 \(\overline{AD_1} \cdot \overline{D_1 M} = \overline{BD_1} \cdot \overline{CD_1}\)이므로 \(2 \cdot \overline{D_1 M} = 2\sqrt{7} \cdot \sqrt{7} = 14 \implies \overline{D_1 M} = 7\)입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 정삼각형 넓이 등비수열 \(\{s_n\}\)의 일반항과 로그 급수 계산

첫째 정삼각형 \(T_1\)의 한 변의 길이는 \(l_1 = \overline{AD_1} = 2\)이므로 넓이는 \(s_1 = \dfrac{\sqrt{3}}{4} \times 2^2 = \sqrt{3}\)입니다.
정삼각형 \(T_n\)의 높이는 한 변의 길이의 \(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\)배이므로, 넓이의 공비는 \(\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)^2 = \dfrac{3}{4}\)인 등비수열을 이룹니다. 따라서 일반항은\[s_n = \sqrt{3}\left(\frac{3}{4}\right)^{n-1}\]입니다. 이를 주어진 로그 합에 대입하면 \(\dfrac{4^{k-1}}{\sqrt{3}} s_k = 3^{k-1}\)이므로\[\sum_{k=1}^{10} \log_3 \left(\frac{4^{k-1}}{\sqrt{3}} s_k\right) = \sum_{k=1}^{10} \log_3 \left(3^{k-1}\right) = \sum_{k=1}^{10} (k-1) = \frac{9 \times 10}{2} = 45\]입니다.

【제2회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 수학적 귀납법을 이용한 무리수 합 부등식 증명 및 정수 부분 결정

(1) \(n = 2\)일 때: 좌변은 \(2(\sqrt{3}-1) \approx 1.464\), 중앙은 \(1 + \frac{1}{\sqrt{2}} \approx 1.707\), 우변은 \(2\sqrt{2}-1 \approx 1.828\)이므로 부등식이 성립합니다.
(2) \(n = m\) (\(m \ge 2\))일 때 부등식이 성립한다고 가정하면\[2\left(\sqrt{m+1}-1\right) + \frac{1}{\sqrt{m+1}} \lt \sum_{k=1}^{m+1} \frac{1}{\sqrt{k}} \lt 2\sqrt{m} - 1 + \frac{1}{\sqrt{m+1}}\]입니다. 여기서 좌변을 변형하면 \(\sqrt{m+2} + \sqrt{m+1} \gt 2\sqrt{m+1}\)이므로 \(\dfrac{1}{\sqrt{m+1}} \gt \dfrac{2}{\sqrt{m+2}+\sqrt{m+1}} = 2\left(\sqrt{m+2}-\sqrt{m+1}\right)\)가 되어 좌측 부등식이 성립합니다.
마찬가지로 우변에서 \(\sqrt{m+1} + \sqrt{m} \lt 2\sqrt{m+1}\)이므로 \(\dfrac{1}{\sqrt{m+1}} \lt \dfrac{2}{\sqrt{m+1}+\sqrt{m}} = 2\left(\sqrt{m+1}-\sqrt{m}\right)\)가 되어 \(2\sqrt{m} - 1 + \dfrac{1}{\sqrt{m+1}} \lt 2\sqrt{m+1} - 1\)이므로 우측 부등식도 성립합니다.
따라서 수학적 귀납법에 의해 모든 자연수 \(n \ge 2\)에 대하여 부등식이 성립합니다.
이제 \(n = 99\)를 대입하면 \(2(\sqrt{100}-1) \lt \displaystyle\sum_{k=1}^{99} \frac{1}{\sqrt{k}} \lt 2\sqrt{99}-1 \lt 2\sqrt{100}-1\)이므로\[18 \lt \sum_{k=1}^{99} \frac{1}{\sqrt{k}} \lt 19\]가 되어 구하는 정수 부분은 \(18\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] 코사인·사인법칙으로 \(\overline{BC}=3\sqrt{7}, \; R=\sqrt{21}\) 및 넓이 분할로 \(\overline{AD_1}=2\) 도출 (6점)
소문항 [1-ⅰ] 내각 이등분선 비와 원의 할선 정리를 적용하여 \(\overline{D_1 M} = 7\) 산출 (4점)
소문항 [1-ⅱ] 정삼각형 넓이 공비 \(\frac{3}{4}\) 규명 및 일반항 \(s_n = \sqrt{3}\left(\frac{3}{4}\right)^{n-1}\) 유도 (5점)
소문항 [1-ⅱ] 로그 식을 정리하여 등차수열의 합 \(\sum_{k=1}^{10} (k-1) = 45\) 계산 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 수학적 귀납법 초기조건(\(n=2\)) 확인 및 유리화 부등식을 통한 \(n=m+1\) 귀납 증명 (6점)
소문항 [1-ⅲ] \(n=99\) 대입을 통해 \(18 \lt \sum_{k=1}^{99} \frac{1}{\sqrt{k}} \lt 19\) 및 정수 부분 \(18\) 도출 (4점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제2회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅲ] 귀납법 증명에서 결론 부등식을 미리 참이라고 놓고 역으로 정리하면 순환논리 감점(2~3점)을 받습니다.
• 방어 전략: 반드시 귀납 가정식에 \(\frac{1}{\sqrt{m+1}}\)을 더한 식에서 출발하여 유리화 대소 비교 \(\frac{1}{\sqrt{m+1}} \gtrless 2(\sqrt{m+1}-\sqrt{m})\)를 단계별로 연결하십시오.

【제2회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.36 탐구 4022 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.24 탐구 4022 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-04, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] \(f(x)\)의 극댓값·극솟값 도출 및 서로 다른 세 실근 조건

\(f(x) = x^3 - 3ax^2 + 3(a^2-1)x\)를 미분하면\[f'(x) = 3x^2 - 6ax + 3(a^2 - 1) = 3\left\{(x-a)^2 - 1\right\} = 3(x - a + 1)(x - a - 1)\]입니다. 따라서 \(f(x)\)는 \(x = a - 1\)에서 극대이고, \(x = a + 1\)에서 극소입니다. 각 극값을 계산하면\[\begin{aligned} f(a-1) &= (a-1)\left\{(a-1)^2 - 3a(a-1) + 3a^2 - 3\right\} = -a^3 + 3a + 2 = -(a+1)^2(a-2), \\ f(a+1) &= (a+1)\left\{(a+1)^2 - 3a(a+1) + 3a^2 - 3\right\} = -a^3 + 3a - 2 = -(a-1)^2(a+2) \end{aligned}\]제시문 <1>에 의해 서로 다른 세 실근을 가질 조건은 \(f(a-1)f(a+1) \lt 0\)이므로\[(a+1)^2(a-2)(a-1)^2(a+2) \lt 0\]\(a \gt 0\)이므로 \((a+1)^2 \gt 0, \; a+2 \gt 0\)이고, \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)이어야 합니다.
따라서 \(a \lt 2\)이고 \(a \ne 1\)이어야 하므로, 구하는 양수 \(a\)의 범위는 \(0 \lt a \lt 1\) 또는 \(1 \lt a \lt 2\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 점 \(M(a, f(a))\) 대칭성 증명과 \(g(t)\)의 최솟값 도출

\(f(x)\)를 \(x - a\)에 대하여 정리하면 \(f(x) = (x-a)^3 - 3(x-a) + (-a^3 + 3a)\)이고 \(f(a) = -a^3 + 3a\)입니다.
임의의 실수 \(u\)에 대하여 \(f(a+u) + f(a-u) = (u^3 - 3u + f(a)) + (-u^3 + 3u + f(a)) = 2f(a)\)가 항등적으로 성립하므로 곡선 \(y=f(x)\)는 점 \(M(a, f(a))\)에 대하여 대칭입니다.
구간 \([a-1, a+1]\)에서 \(f'(x) \le 0\)이므로 \(f(x)\)는 단조감소합니다. \(x - a = u\) (\(-1 \le u \le 1\))로 치환하고 \(c = t - f(a)\)라 두면\[g(t) = \int_{-1}^1 |u^3 - 3u - c|\,du\]기함수 \(h(u) = u^3 - 3u\)는 \([-1, 1]\)에서 \(-2 \le h(u) \le 2\)인 단조감소 함수이므로, \(c = 0\) 즉 \(t = f(a) = -a^3 + 3a\)일 때 적분 구간이 정확히 이등분되어 \(g(t)\)가 최소가 됩니다.
그때의 최솟값은 \(g(f(a)) = \displaystyle \int_{-1}^1 |u^3 - 3u|\,du = 2\int_0^1 (3u - u^3)\,du = 2\left[\frac{3}{2}u^2 - \frac{1}{4}u^4\right]_0^1 = 2 \times \frac{5}{4} = \frac{5}{2}\)입니다.

【제2회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 곡선 \(y=f(x)\)와 직선 \(y=f(a)\)로 둘러싸인 넓이 \(S(a)\)의 불변성 증명

방정식 \(f(x) = f(a)\)를 풀면 \((x-a)^3 - 3(x-a) = 0 \iff (x-a)\left\{(x-a)^2 - 3\right\} = 0\)이므로세 교점의 \(x\)좌표는 \(x = a - \sqrt{3}, \; a, \; a + \sqrt{3}\)입니다.
따라서 둘러싸인 도형의 넓이 \(S(a)\)는 치환적분 \(x - a = u\) (\(dx = du\))에 의하여\[\begin{aligned} S(a) &= \int_{a-\sqrt{3}}^{a+\sqrt{3}} |f(x) - f(a)|\,dx = \int_{-\sqrt{3}}^{\sqrt{3}} |u^3 - 3u|\,du \\ &= 2\int_0^{\sqrt{3}} (3u - u^3)\,du = 2\left[\frac{3}{2}u^2 - \frac{1}{4}u^4\right]_0^{\sqrt{3}} \\ &= 2\left(\frac{9}{2} - \frac{9}{4}\right) = \frac{9}{2} \end{aligned}\]입니다. 적분식에서 매개변수 \(a\)가 완전히 소거되므로 넓이 \(S(a)\)는 양수 \(a\)의 값에 관계없이 항상 \(\dfrac{9}{2}\)로 일정합니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] \(f'(x) = 3(x-a+1)(x-a-1)\)로부터 극댓값 \(-a^3+3a+2\), 극솟값 \(-a^3+3a-2\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅰ] 인수분해된 부등식 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)을 풀어 \(0 \lt a \lt 1\) 또는 \(1 \lt a \lt 2\) 완결 (6점)
소문항 [2-ⅱ] \(f(a+u) + f(a-u) = 2f(a)\)를 증명하여 점 \(M(a, -a^3+3a)\) 대칭성 입증 (6점)
소문항 [2-ⅱ] \(t = -a^3+3a\)에서 최소임을 논증하고 최솟값 \(\frac{5}{2}\) 정확 산출 (8점)
소문항 [2-ⅲ] 교점 \(x = a, \; a \pm \sqrt{3}\) 도출 및 평행이동 치환 \(u = x-a\)로 \(a\)에 무관함을 증명 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 대칭 구간 정적분을 계산하여 일정한 넓이 \(S(a) = \frac{9}{2}\) 도출 (7점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제2회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅰ]에서 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)을 풀 때 완전제곱식 \((a-1)^2 = 0\)이 되는 \(a=1\)을 제외하지 않고 \(0 \lt a \lt 2\)로 적으면 3점 감점됩니다.
• 방어 전략: 짝수 차수 인수가 포함된 부등식에서는 반드시 영점(\(a=1\))에서 극값의 곱이 \(0\)이 되어 중근을 가짐을 명시하고 구간을 분리하십시오.

【제2회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.10 탐구 4023 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통03-02]
Step 1 [문제 3-ⅰ] 이항정리와 조합 항등식을 이용한 가중합 등식 증명

\((1+x)^n = \displaystyle\sum_{k=0}^n {}_n\mathrm{C}_k x^k\)의 양변을 \(x\)에 대하여 미분하면\[n(1+x)^{n-1} = \sum_{k=1}^n k \, {}_n\mathrm{C}_k x^{k-1}\]입니다. 양변에 \(x\)를 곱한 식 \(nx(1+x)^{n-1} = \displaystyle\sum_{k=1}^n k \, {}_n\mathrm{C}_k x^k\)의 양변을 다시 \(x\)에 대하여 미분하면\[\begin{aligned} n(1+x)^{n-1} + n(n-1)x(1+x)^{n-2} &= \sum_{k=1}^n k^2 \, {}_n\mathrm{C}_k x^{k-1} \\ \iff n(1+x)^{n-2}\{(1+x) + (n-1)x\} &= \sum_{k=1}^n k^2 \, {}_n\mathrm{C}_k x^{k-1} \end{aligned}\]즉, \(\displaystyle\sum_{k=1}^n k^2 \, {}_n\mathrm{C}_k x^{k-1} = n(nx + 1)(1+x)^{n-2}\)가 모든 실수 \(x\)에 대하여 성립합니다.
이 항등식의 양변에 \(x = 2\)를 대입하면\[\sum_{k=1}^n k^2 \, {}_n\mathrm{C}_k 2^{k-1} = n(2n + 1)(1 + 2)^{n-2} = n(2n+1)3^{n-2}\]이 성립함이 증명됩니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] \(f(0)=f(2)=0\)일 때 계수 \(a,b,c\) 및 \(E(Y), V(Y)\) 계산

\(f(0) = 0 \implies c = 0\)이고, \(f(2) = 4a + 2b = 0 \implies b = -2a\)이므로 \(f(x) = ax(x-2)\)입니다.
제시문 <2>의 전확률 조건 \(\displaystyle\int_0^2 f(x)\,dx = 1\)에 의하여\[\int_0^2 (ax^2 - 2ax)\,dx = \left[\frac{a}{3}x^3 - ax^2\right]_0^2 = -\frac{4}{3}a = 1 \implies a = -\frac{3}{4}, \; b = \frac{3}{2}, \; c = 0\]입니다. \(f(x) = -\frac{3}{4}x(x-2)\)는 직선 \(x = 1\)에 대하여 대칭이므로 기댓값은 \(E(Y) = 1\)입니다.
제곱의 기댓값 \(E(Y^2)\)을 구하면\[E(Y^2) = \int_0^2 x^2 \left(-\frac{3}{4}x^2 + \frac{3}{2}x\right)dx = \left[-\frac{3}{20}x^5 + \frac{3}{8}x^4\right]_0^2 = -\frac{24}{5} + 6 = \frac{6}{5}\]따라서 분산은 \(V(Y) = E(Y^2) - \{E(Y)\}^2 = \dfrac{6}{5} - 1^2 = \dfrac{1}{5}\)입니다.

【제2회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] \(f(0)=0\) 및 비음 조건 \(f(x) \ge 0\)에 따른 \(E(Y)\)의 범위 도출

\(f(0) = 0\)이므로 \(c = 0\)이고 \(f(x) = ax^2 + bx = x(ax + b)\)입니다.
전확률 조건 \(\displaystyle\int_0^2 (ax^2 + bx)\,dx = \frac{8}{3}a + 2b = 1\)로부터 \(b = \dfrac{1}{2} - \dfrac{4}{3}a\)입니다.
구간 \([0, 2]\)의 모든 실수 \(x\)에 대하여 \(f(x) = x(ax + b) \ge 0\)이어야 하므로, \(0 \lt x \le 2\)에서 일차식 \(ax + b \ge 0\)이어야 합니다.
일차함수 \(h(x) = ax + b\)가 닫힌구간 \([0, 2]\)에서 항상 \(0\) 이상일 필요충분조건은 양 끝점에서의 함숫값이 모두 \(0\) 이상인 것입니다.
• \(h(0) = b \ge 0 \iff \dfrac{1}{2} - \dfrac{4}{3}a \ge 0 \iff a \le \dfrac{3}{8}\)
• \(h(2) = 2a + b \ge 0 \iff 2a + \dfrac{1}{2} - \dfrac{4}{3}a = \dfrac{2}{3}a + \dfrac{1}{2} \ge 0 \iff a \ge -\dfrac{3}{4}\)
따라서 상수 \(a\)의 허용 범위는 \(-\dfrac{3}{4} \le a \le \dfrac{3}{8}\) (\(a \ne 0\))입니다. 이제 기댓값 \(E(Y)\)를 \(a\)로 나타내면\[E(Y) = \int_0^2 (ax^3 + bx^2)\,dx = 4a + \frac{8}{3}b = 4a + \frac{8}{3}\left(\frac{1}{2} - \frac{4}{3}a\right) = \frac{4}{3} + \frac{4}{9}a\]이므로 \(-\dfrac{3}{4} \le a \le \dfrac{3}{8}\)를 대입하면 \(1 \le E(Y) \le \dfrac{3}{2}\)입니다. (단, \(a \ne 0\)이므로 \(E(Y) \ne \dfrac{4}{3}\))

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] 이항정리의 두 번 미분(또는 조합 항등식 변형)을 통해 \(\sum k^2 {}_n\mathrm{C}_k x^{k-1} = n(nx+1)(1+x)^{n-2}\) 도출 (6점)
소문항 [3-ⅰ] \(x=2\)를 대입하여 우변 \(n(2n+1)3^{n-2}\) 등식 완성 (4점)
소문항 [3-ⅱ] 전확률 조건으로 \(a = -\frac{3}{4}, \; b = \frac{3}{2}, \; c = 0\) 결정 (4점)
소문항 [3-ⅱ] 정적분을 통해 \(E(Y) = 1, \; V(Y) = \frac{1}{5}\) 정확 산출 (6점)
소문항 [3-ⅲ] \(b = \frac{1}{2} - \frac{4}{3}a\) 관계식과 \(b \ge 0, \; 2a+b \ge 0\)으로부터 \(-\frac{3}{4} \le a \le \frac{3}{8}\) 도출 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(E(Y) = \frac{4}{3} + \frac{4}{9}a\) 식을 유도하여 \(1 \le E(Y) \le \frac{3}{2}\) (\(E(Y) \ne \frac{4}{3}\)) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제2회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅲ]에서 확률밀도함수의 비음 조건 \(f(x) \ge 0\)을 판별식 \(D \le 0\)으로 잘못 적용하면 해를 구할 수 없습니다.
• 방어 전략: \(f(x) = x(ax+b)\)에서 \(x \ge 0\)을 인수분해한 뒤, 남는 일차식 \(ax+b \ge 0\)의 양 끝점 조건(\(x=0, 2\))으로 전환하는 것이 핵심입니다.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값 정리·산술기하평균·독립시행·법선 조건 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 양수 조건, 등호 성립 조건, 서로소 조건 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·수학Ⅰ 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
원·포물선의 기하적 성질이나 로그·삼각방정식의 대칭성으로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 수학Ⅱ 다항함수의 대칭성·포락선 및 구간별 정적분 (25% 비중)
삼차·사차함수의 변곡점 대칭성, 곡선 밖의 점에서 그은 접선의 개수, 절댓값 도함수 정적분 \(g(t)\)의 구간 분기 및 좌·우미분계수 판정 과정을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·베이즈 정리 및 확률변수 선형결합 (20% 비중)
독립시행 좌표 이동이나 복원추출 정적분 확률변수 문제에서 확률변수들을 단일 확률변수 또는 독립 확률변수의 선형결합으로 표현하여 기댓값 \(E(X)\)와 분산 \(V(X)\)를 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 수험생 100인 표본 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 등호 성립 조건 및 정의역 경계 누락: 산술·기하평균에서 등호 조건을 생략하거나, 완전제곱 인수가 포함된 부등식 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)에서 \(a=1\)을 제외하지 않아 2~3점 감점.
[함정 2] 2칸 간격 망원급수 잔여항 착오: \(\sum \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\) 소거 시 앞의 두 항(\(1+\frac{1}{2}\))과 뒤의 두 항이 남는 것을 간과하고 1개 항만 남겨 오답 발생.
[함정 3] 종속 확률변수의 분산 합산 오류: 한 시행에서 동시에 결정되는 좌표 \((X_n, Y_n)\)을 독립으로 착각하여 \(V(X_n \pm Y_n) = V(X_n) + V(Y_n)\)으로 계산하는 치명적 오류.
📊 교과서 핵심 4대 과목(공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제3회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제3회
[실전모의]
[문제 1] 공통수학, 수학Ⅰ 산술·기하평균과 로그 부등식 최솟값, 로그 곡선 사이 격자점 개수 \(a_n=(n+1)^2\) 및 부분분수 급수 30점 상
[문제 2] 공통수학, 수학Ⅱ 포물선에 내접하는 원의 접점 조건과 반지름, 곡선 위 법선 삼각형 넓이 극한 및 현으로 둘러싸인 넓이 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 원 둘레 등간격 점으로 만든 직각·이등변·예각삼각형 확률과 사건의 독립성 판정 및 일반화 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 4대 과목 출제 원칙 및 합격 전략
1. 출제 범위 엄수 (공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계): 성균관대 최신 출제 기조에 맞추어 초월함수 미적분과 공간벡터를 배제하고, 교과서 핵심 개념의 깊이 있는 논증력을 측정합니다.
2. 대문항 3개 · 100점 만점 표준 편제: [문제 1](30점: 공통수학·수학Ⅰ 수열/도형/로그), [문제 2](40점: 수학Ⅱ 다항함수 미적분·절댓값·넓이), [문제 3](30점: 확률과 통계 조건부확률·확률변수 기댓값/분산)의 황금 비율을 완벽 구현했습니다.
3. 단계별 연쇄 논증 (ⅰ ➔ ⅱ ➔ ⅲ): 소문항 (ⅰ)에서 도출한 일반항이나 기하적 성질이 (ⅱ), (ⅲ)의 망원급수 부등식 및 정적분 계산의 핵심 보조정리로 직결됩니다.

【제3회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 대수 Ⅱ-1. 삼각함수 (DB: ALG_Ch02_01) PDF p.18 탐구 4031 변형 / 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.10 탐구 4031 변형 | 성취기준: 12대수02-02, 12대수03-02, 12대수03-04]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 산술평균과 기하평균의 관계를 이용한 로그식 최솟값 도출

(1) \(x \gt 1\)이므로 \(\log_2 x \gt 0, \; \log_x 2 = \dfrac{1}{\log_2 x} \gt 0\)입니다. 산술·기하평균의 관계에 의하여\[h(x) = 4\log_2 x + \frac{9}{\log_2 x} \ge 2\sqrt{4\log_2 x \cdot \frac{9}{\log_2 x}} = 2 \times 6 = 12\]등호는 \(4\log_2 x = \dfrac{9}{\log_2 x} \iff (\log_2 x)^2 = \dfrac{9}{4} \iff \log_2 x = \dfrac{3}{2}\) (\(\because x \gt 1\)), 즉 \(x = 2^{\frac{3}{2}} = 2\sqrt{2}\)일 때 성립하며 최솟값은 \(12\)입니다.
(2) \(\log_2 x + \log_4 y = \log_2 x + \log_2 \sqrt{y} = \log_2(x\sqrt{y}) = 3\)이므로 \(x\sqrt{y} = 2^3 = 8\)입니다.
\(x \gt 0, \sqrt{y} \gt 0\)이므로 산술·기하평균 관계에 의하여\[x + \sqrt{y} \ge 2\sqrt{x\sqrt{y}} = 2\sqrt{8} = 4\sqrt{2}\]이며, 등호는 \(x = \sqrt{y} = 2\sqrt{2}\) (즉 \(x = 2\sqrt{2}, \; y = 8\))일 때 성립하므로 최솟값은 \(4\sqrt{2}\)입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 영역 \(D_n\)의 정수점 개수 \(a_n\)의 일반항과 시그마 합산

\(1 \le x \le 4^n = 2^{2n}\)이고 \(x = 2^k\)이므로 음이 아닌 정수 \(k\)의 범위는 \(0 \le k \le 2n\)입니다.
\(x = 2^k\)을 부등식 \(\log_4 x \le y \le \log_2 x\)에 대입하면 \(\dfrac{k}{2} \le y \le k\)입니다.
• \(k = 2j\) (\(0 \le j \le n\))인 짝수일 때: \(j \le y \le 2j\)를 만족하는 정수 \(y\)의 개수는 \(2j - j + 1 = j + 1\)개입니다.
• \(k = 2j - 1\) (\(1 \le j \le n\))인 홀수일 때: \(j - \frac{1}{2} \le y \le 2j - 1\)을 만족하는 정수 \(y\)는 \(j \le y \le 2j - 1\)이므로 개수는 \((2j-1) - j + 1 = j\)개입니다.
따라서 영역 \(D_n\)에 속하는 조건의 점의 총개수 \(a_n\)은\[a_n = \sum_{j=0}^n (j + 1) + \sum_{j=1}^n j = \frac{(n+1)(n+2)}{2} + \frac{n(n+1)}{2} = (n+1)^2\]입니다. 그러므로 구하는 합은\[\sum_{n=1}^{20} a_n = \sum_{n=1}^{20} (n+1)^2 = \sum_{m=2}^{21} m^2 = \frac{21 \times 22 \times 43}{6} - 1^2 = 3311 - 1 = 3310\]입니다.

【제3회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 부분분수 소거를 통한 \(T_m\) 계산과 자연수 \(m\)의 최솟값 도출

(1-ⅱ)에서 \(a_n = (n+1)^2\)이므로 \(a_n - 1 = (n+1)^2 - 1 = n(n+2)\)입니다.
부분분수 변형 \(\dfrac{1}{n(n+2)} = \dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{n} - \dfrac{1}{n+2}\right)\)를 이용하여 \(T_m\)을 정리하면\[\begin{aligned} T_m &= \frac{1}{2}\sum_{n=1}^m \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right) = \frac{1}{2}\left(1 + \frac{1}{2} - \frac{1}{m+1} - \frac{1}{m+2}\right) \\ &= \frac{3}{4} - \frac{2m+3}{2(m+1)(m+2)} \end{aligned}\]입니다. 부등식 \(T_m \ge \dfrac{40}{63}\)를 정리하면\[\frac{3}{4} - \frac{2m+3}{2(m+1)(m+2)} \ge \frac{40}{63} \iff \frac{2m+3}{2(m+1)(m+2)} \le \frac{3}{4} - \frac{40}{63} = \frac{29}{252}\]\[\iff \frac{2m+3}{(m+1)(m+2)} \le \frac{29}{126}\]\(T_m\)은 \(m\)에 대한 단조증가 수열입니다. \(m = 7\)일 때 \(\dfrac{17}{8 \times 9} = \dfrac{17}{72} = \dfrac{59.5}{252} \gt \dfrac{58}{252}\)로 성립하지 않고,
\(m = 8\)일 때 \(\dfrac{19}{9 \times 10} = \dfrac{19}{90} = \dfrac{53.2}{252} \le \dfrac{58}{252}\) (즉 \(T_8 = \dfrac{29}{45} = \dfrac{162.4}{252} \ge \dfrac{160}{252}\))이므로 성립합니다.
따라서 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(8\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] \(h(x)\)의 최솟값 \(12\) (\(x=2\sqrt{2}\)) 및 \(x\sqrt{y}=8\)로부터 \(x+\sqrt{y}\)의 최솟값 \(4\sqrt{2}\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅰ] 두 산술·기하평균 적용에서 각각의 등호 성립 조건을 정확히 명시 (5점)
소문항 [1-ⅱ] \(k\)의 짝·홀수에 따른 정수 \(y\)의 개수를 분류하여 \(a_n = (n+1)^2\) 유도 (6점)
소문항 [1-ⅱ] 거듭제곱 합 공식으로 \(\sum_{n=1}^{20} (n+1)^2 = 3310\) 정확 계산 (4점)
소문항 [1-ⅲ] \(\frac{1}{a_n-1} = \frac{1}{2}\left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\) 부분분수 소거를 통해 \(T_m = \frac{3}{4} - \frac{2m+3}{2(m+1)(m+2)}\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 부등식 대소 비교(\(m=7\) 불성립, \(m=8\) 성립)를 통해 최솟값 \(m=8\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제3회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅲ]에서 \(\sum_{n=1}^m \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\)는 2칸 간격 망원급수인데 앞항 \(1\)개와 뒤항 \(1\)개만 남긴 \(1 - \frac{1}{m+2}\)로 잘못 소거하여 오답을 내는 경우가 많습니다.
• 방어 전략: 2칸 간격 소거에서는 앞의 두 항(\(1 + \frac{1}{2}\))과 뒤의 두 항(\(-\frac{1}{m+1} - \frac{1}{m+2}\))이 남는다는 점을 반드시 전개하여 확인하십시오.

【제3회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.26 탐구 4032 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.28 탐구 4032 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-05, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] 포물선 \(W_1\)과 원이 서로 다른 두 점에서 접할 조건 및 반지름 \(r\) 도출

포물선 \(W_1 : y = \frac{1}{2}x^2\) 위의 임의의 점 \((x, y)\)에서 \(x^2 = 2y\) (\(y \ge 0\))입니다.
점 \(C(0, a)\)로부터 곡선 위의 점까지의 거리의 제곱을 \(y\)에 관한 함수 \(h(y)\)로 나타내면\[h(y) = x^2 + (y - a)^2 = 2y + (y - a)^2 = y^2 - 2(a - 1)y + a^2 = (y - a + 1)^2 + 2a - 1 \quad (y \ge 0)\]원과 포물선이 서로 다른 두 점 \((\pm x_0, y_0)\) (\(x_0 \gt 0 \iff y_0 \gt 0\))에서 접하려면, \(h(y)\)가 \(y \gt 0\)인 점에서 최솟값 \(r^2\)을 가져야 합니다.
이차함수 \(h(y)\)의 꼭짓점의 \(y\)좌표가 \(y_0 = a - 1\)이므로 \(y_0 \gt 0 \iff a \gt 1\)이어야 합니다.
그때 원의 반지름의 제곱은 최솟값 \(r^2 = h(a-1) = 2a - 1\)이므로, 반지름의 길이는 \(r = \sqrt{2a - 1}\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 포물선 \(W_2 : y = x^2\)의 법선 절편 \(Q\)와 두 극한값 계산

\(y = x^2\)에서 \(y' = 2x\)이므로 점 \(P(t, t^2)\) (\(t \gt 0\))에서의 접선의 기울기는 \(2t\)이고, 이에 수직인 법선의 기울기는 \(-\dfrac{1}{2t}\)입니다.
따라서 법선의 방정식은 \(y - t^2 = -\dfrac{1}{2t}(x - t) \iff y = -\dfrac{1}{2t}x + t^2 + \dfrac{1}{2}\)이며, \(y\)축과의 교점은 \(Q\left(0, \; t^2 + \frac{1}{2}\right)\)입니다.
(1) 선분 \(PQ\)의 길이는 \(\overline{PQ} = \sqrt{(t - 0)^2 + \left\{t^2 - \left(t^2 + \frac{1}{2}\right)\right\}^2} = \sqrt{t^2 + \frac{1}{4}}\)이므로\[\lim_{t \to 0+} \overline{PQ} = \lim_{t \to 0+} \sqrt{t^2 + \frac{1}{4}} = \frac{1}{2}\]입니다.
(2) 삼각형 \(OPQ\)는 밑변이 \(\overline{OQ} = t^2 + \dfrac{1}{2}\)이고 높이가 점 \(P\)의 \(x\)좌표인 \(t\)이므로 넓이는\[S(t) = \frac{1}{2} \cdot \overline{OQ} \cdot t = \frac{1}{2}t\left(t^2 + \frac{1}{2}\right) = \frac{1}{2}t^3 + \frac{1}{4}t\]입니다. 따라서 \(\displaystyle\lim_{t \to 0+} \frac{S(t)}{t} = \lim_{t \to 0+} \left(\frac{1}{2}t^2 + \frac{1}{4}\right) = \frac{1}{4}\)입니다.

【제3회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] \(a = \frac{5}{2}\)일 때 포물선 넓이와 사각형 \(OACB\)의 넓이 계산

(2-ⅰ)에서 \(a = \dfrac{5}{2}\)이면 접점의 \(y\)좌표는 \(y_0 = a - 1 = \dfrac{3}{2}\)이고, \(x_0^2 = 2y_0 = 3\)이므로 두 접점은 \(A\left(-\sqrt{3}, \; \frac{3}{2}\right), \; B\left(\sqrt{3}, \; \frac{3}{2}\right)\)입니다.
(1) 직선 \(AB : y = \dfrac{3}{2}\)와 포물선 \(W_1 : y = \dfrac{1}{2}x^2\)으로 둘러싸인 도형의 넓이는 제시문 <2>에 의하여\[\begin{aligned} \int_{-\sqrt{3}}^{\sqrt{3}} \left(\frac{3}{2} - \frac{1}{2}x^2\right)dx &= \frac{\left|\frac{1}{2}\right|}{6}\left\{\sqrt{3} - (-\sqrt{3})\right\}^3 \\ &= \frac{1}{12}(2\sqrt{3})^3 = \frac{24\sqrt{3}}{12} = 2\sqrt{3} \end{aligned}\]입니다.
(2) 사각형 \(OACB\)에서 두 대각선 \(OC\)와 \(AB\)는 \(y\)축 위의 점 \(\left(0, \frac{3}{2}\right)\)에서 서로 수직으로 만납니다.
선분 \(OC\)의 길이는 \(\overline{OC} = a = \dfrac{5}{2}\)이고, 선분 \(AB\)의 길이는 \(\overline{AB} = 2\sqrt{3}\)이므로 사각형 \(OACB\)의 넓이는\[\text{넓이}(OACB) = \frac{1}{2} \times \overline{OC} \times \overline{AB} = \frac{1}{2} \times \frac{5}{2} \times 2\sqrt{3} = \frac{5\sqrt{3}}{2}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] 거리 제곱 함수 \(h(y) = (y-a+1)^2 + 2a - 1\) 수립 및 \(y_0 = a-1 \gt 0 \implies a \gt 1\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅰ] 최솟값으로부터 반지름 \(r = \sqrt{2a-1}\) 정확히 유도 (6점)
소문항 [2-ⅱ] 점 \(P(t, t^2)\)에서의 법선 방정식 및 \(y\)절편 \(Q\left(0, t^2+\frac{1}{2}\right)\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅱ] \(S(t) = \frac{1}{2}t^3 + \frac{1}{4}t\)를 구하고 극한값 \(\lim_{t\to 0+}\overline{PQ} = \frac{1}{2}\), \(\lim_{t\to 0+}\frac{S(t)}{t} = \frac{1}{4}\) 산출 (8점)
소문항 [2-ⅲ] \(a=\frac{5}{2}\)일 때 두 접점 \(A\left(-\sqrt{3}, \frac{3}{2}\right), B\left(\sqrt{3}, \frac{3}{2}\right)\) 및 포물선 둘러싸인 넓이 \(2\sqrt{3}\) 계산 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 대각선 직교 성질을 이용하여 사각형 \(OACB\)의 넓이 \(\frac{5\sqrt{3}}{2}\) 완결 (7점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제3회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅰ]에서 원과 포물선의 방정식을 연립한 뒤 \(y\)에 대한 이차방정식의 판별식 \(D = 0\)만 쓰고 \(y \gt 0\)에서 중근을 가져야 한다는 조건(\(a \gt 1\))을 누락하면 감점됩니다.
• 방어 전략: \(x^2 = 2y \ge 0\)이므로 치환된 변수 \(y\)의 정의역 \(y \gt 0\) 안에 대칭축 \(y = a-1\)이 위치해야 서로 다른 두 접점(\(x = \pm\sqrt{2y}\))이 존재함을 반드시 서술하십시오.

【제3회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 12점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 8점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.11 탐구 4033 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통03-02, 12확통03-03]
Step 1 [문제 3-ⅰ] \(m = 6\) (\(12\)개의 점)에서 직각·이등변·예각삼각형의 확률 계산

\(12\)개의 점 중 \(3\)개를 택하는 전체 경우의 수는 \({}_{12}\mathrm{C}_3 = \dfrac{12 \times 11 \times 10}{6} = 220\)가지입니다.
(1) 직각삼각형 사건 \(A\): 마주 보는 점을 잇는 지름은 \(6\)개이고, 각 지름마다 나머지 \(10\)개의 점 중 하나를 택하면 직각삼각형이 되므로 개수는 \(6 \times 10 = 60\)개입니다. 따라서 \(P(A) = \dfrac{60}{220} = \dfrac{3}{11}\)입니다.
(2) 이등변삼각형 사건 \(B\): 꼭짓점 사이의 호의 칸수 합이 \(12\)가 되는 \((a, a, 12-2a)\) 순서쌍은 \((1,1,10), (2,2,8), (3,3,6), (4,4,4), (5,5,2)\)입니다.
정삼각형 \((4,4,4)\)는 \(4\)개이고, 나머지 4종류는 대칭축의 꼭짓점 \(12\)개마다 \(1\)개씩 총 \(4 \times 12 = 48\)개이므로 전체 이등변삼각형은 \(48 + 4 = 52\)개입니다. 따라서 \(P(B) = \dfrac{52}{220} = \dfrac{13}{55}\)입니다.
(3) 예각삼각형 사건 \(C\): 한 꼭짓점 \(P_1\)을 고정하고 시계 반대 방향으로 두 점 사이의 간격을 \(x, y, z\) (\(x+y+z=12\))라 하면 예각 조건은 \(1 \le x, y, z \le 5\)입니다. \((x,y,z)\)의 순서쌍은 \((2,5,5) \sim (4,4,4)\)에서 총 \(10\)개이므로, 전체 예각삼각형은 \(\dfrac{12 \times 10}{3} = 40\)개입니다. 따라서 \(P(C) = \dfrac{40}{220} = \dfrac{2}{11}\)입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 사건 \(A, B\)의 독립·종속 판정 및 일반항 \(p_m, q_m\) 유도

\(A \cap B\)는 직각이등변삼각형이 되는 사건으로, 호의 칸수가 \((3, 3, 6)\)인 경우이므로 개수는 \(12\)개입니다.
따라서 \(P(A \cap B) = \dfrac{12}{220} = \dfrac{3}{55}\)입니다. 반면\[P(A)P(B) = \frac{3}{11} \times \frac{13}{55} = \frac{39}{605} \ne \frac{3}{55} \left(= \frac{33}{605}\right)\]이므로 두 사건 \(A\)와 \(B\)는 서로 종속입니다.
일반적인 \(2m\)개의 점에서 전체 삼각형 수는 \({}_{2m}\mathrm{C}_3 = \dfrac{2m(2m-1)(2m-2)}{6} = \dfrac{2m(m-1)(2m-1)}{3}\)입니다.
• 직각삼각형 개수는 지름 \(m\)개 \(\times (2m-2)\)개 점 \(= 2m(m-1)\)개이므로 \(p_m = \dfrac{3}{2m-1}\)입니다.
• 예각삼각형 개수는 \(\dfrac{2m(m-1)(m-2)}{6}\)개이므로 \(q_m = \dfrac{m-2}{2(2m-1)}\)입니다.

【제3회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] \(\frac{q_m}{p_m} = \frac{7}{3}\)를 만족하는 \(m\)과 \(P(D=0)\) 도출

(3-ⅱ)에서 구한 \(p_m = \dfrac{3}{2m-1}\)과 \(q_m = \dfrac{m-2}{2(2m-1)}\)의 비를 구하면\[\frac{q_m}{p_m} = \frac{m - 2}{6} = \frac{7}{3} \iff m - 2 = 14 \iff m = 16\]입니다.
원의 중심 \(O\)로부터 삼각형의 세 변까지의 거리 중 최솟값 \(D\)가 \(0\)이 될 필요충분조건은 삼각형의 한 변이 원의 중심 \(O\)를 지나는 것, 즉 그 변이 원의 지름이 되어 삼각형이 직각삼각형이 되는 것입니다.
따라서 \(m = 16\)일 때 구하는 확률은\[P(D = 0) = p_{16} = \frac{3}{2 \times 16 - 1} = \frac{3}{31}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] 전체 경우의 수 \({}_{12}\mathrm{C}_3 = 220\) 및 직각삼각형 \(P(A) = \frac{60}{220} = \frac{3}{11}\) 산출 (4점)
소문항 [3-ⅰ] 이등변삼각형 \(52\)개(\(P(B)=\frac{13}{55}\))와 예각삼각형 \(40\)개(\(P(C)=\frac{2}{11}\)) 정확 도출 (8점)
소문항 [3-ⅱ] 직각이등변삼각형 \(12\)개로부터 \(P(A\cap B) = \frac{3}{55} \ne P(A)P(B)\) 비교 후 종속 판정 (5점)
소문항 [3-ⅱ] 일반 \(2m\)개의 점에서 \(p_m = \frac{3}{2m-1}, \; q_m = \frac{m-2}{2(2m-1)}\) 유도 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(\frac{q_m}{p_m} = \frac{m-2}{6} = \frac{7}{3}\)으로부터 \(m = 16\) 도출 (4점)
소문항 [3-ⅲ] \(D=0\)일 사건이 직각삼각형 사건과 동치임을 밝혀 \(P(D=0) = \frac{3}{31}\) 완결 (4점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제3회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅰ]에서 이등변삼각형을 셀 때 정삼각형 \((4,4,4)\)까지 \(12\)개를 곱해 \(60\)개로 중복 산출하는 실수가 매우 잦습니다.
• 방어 전략: 정삼각형은 세 꼭짓점이 대칭이므로 \(12 \div 3 = 4\)개만 존재함을 별도로 분리하여 서술하십시오.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값 정리·산술기하평균·독립시행·법선 조건 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 양수 조건, 등호 성립 조건, 서로소 조건 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·수학Ⅰ 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
원·포물선의 기하적 성질이나 로그·삼각방정식의 대칭성으로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 수학Ⅱ 다항함수의 대칭성·포락선 및 구간별 정적분 (25% 비중)
삼차·사차함수의 변곡점 대칭성, 곡선 밖의 점에서 그은 접선의 개수, 절댓값 도함수 정적분 \(g(t)\)의 구간 분기 및 좌·우미분계수 판정 과정을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·베이즈 정리 및 확률변수 선형결합 (20% 비중)
독립시행 좌표 이동이나 복원추출 정적분 확률변수 문제에서 확률변수들을 단일 확률변수 또는 독립 확률변수의 선형결합으로 표현하여 기댓값 \(E(X)\)와 분산 \(V(X)\)를 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 수험생 100인 표본 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 등호 성립 조건 및 정의역 경계 누락: 산술·기하평균에서 등호 조건을 생략하거나, 완전제곱 인수가 포함된 부등식 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)에서 \(a=1\)을 제외하지 않아 2~3점 감점.
[함정 2] 2칸 간격 망원급수 잔여항 착오: \(\sum \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\) 소거 시 앞의 두 항(\(1+\frac{1}{2}\))과 뒤의 두 항이 남는 것을 간과하고 1개 항만 남겨 오답 발생.
[함정 3] 종속 확률변수의 분산 합산 오류: 한 시행에서 동시에 결정되는 좌표 \((X_n, Y_n)\)을 독립으로 착각하여 \(V(X_n \pm Y_n) = V(X_n) + V(Y_n)\)으로 계산하는 치명적 오류.
📊 교과서 핵심 4대 과목(공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제4회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제4회
[실전모의]
[문제 1] 수학Ⅰ 삼각방정식의 주기·대칭성을 이용한 실근 개수 \(a_n, b_n\)과 실근의 합 \(S_n\) 및 부분분수 급수 30점 상
[문제 2] 공통수학, 수학Ⅱ 이차식의 완전제곱으로 나눈 나머지정리 사차다항식 결정, 실근 개수 조건 및 정적분 넓이 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 베이즈 정리 반복 검사의 조건부확률 점화식, 정규분포 구간 확률 최대화 및 표본평균 표본크기 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 4대 과목 출제 원칙 및 합격 전략
1. 출제 범위 엄수 (공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계): 성균관대 최신 출제 기조에 맞추어 초월함수 미적분과 공간벡터를 배제하고, 교과서 핵심 개념의 깊이 있는 논증력을 측정합니다.
2. 대문항 3개 · 100점 만점 표준 편제: [문제 1](30점: 공통수학·수학Ⅰ 수열/도형/로그), [문제 2](40점: 수학Ⅱ 다항함수 미적분·절댓값·넓이), [문제 3](30점: 확률과 통계 조건부확률·확률변수 기댓값/분산)의 황금 비율을 완벽 구현했습니다.
3. 단계별 연쇄 논증 (ⅰ ➔ ⅱ ➔ ⅲ): 소문항 (ⅰ)에서 도출한 일반항이나 기하적 성질이 (ⅱ), (ⅲ)의 망원급수 부등식 및 정적분 계산의 핵심 보조정리로 직결됩니다.

【제4회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 비상(김원경) 기하 Ⅰ. 이차곡선 (DB: GEOM_Ch01) PDF p.12 탐구 4041 변형 / 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.12 탐구 4041 변형 | 성취기준: 12기하01-01, 12대수03-04]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 대칭축 성질을 이용한 실근의 개수 \(a_n\)과 실근의 합 \(S_n\) 도출

함수 \(y = \sin\left(\frac{\pi}{2}x\right)\)의 주기는 \(4\)이므로, 닫힌구간 \([0, 4n]\)은 길이 \(4\)인 \(n\)개의 부분 구간 \(I_k = [4k-4, 4k]\) (\(k = 1, 2, \dots, n\))로 분할됩니다.
각 구간 \(I_k\)에서 \(\sin\left(\frac{\pi}{2}x\right) \gt 0\)인 구간은 \((4k-4, 4k-2)\)이며, 이 구간에서 그래프는 직선 \(x = 4k - 3\)에 대하여 대칭이고 최댓값 \(1 \gt \frac{1}{3}\)을 가집니다.
따라서 직선 \(y = \frac{1}{3}\)과 각 구간 \(I_k\)마다 서로 다른 두 점에서 만나므로 전체 실근의 개수는 \(a_n = 2n\)입니다.
또한 \(k\)번째 구간의 두 실근을 \(\alpha_k, \beta_k\)라 하면 대칭성에 의해 \(\dfrac{\alpha_k + \beta_k}{2} = 4k - 3 \implies \alpha_k + \beta_k = 8k - 6\)입니다.
그러므로 모든 실근의 합 \(S_n\)은\[S_n = \sum_{k=1}^n (8k - 6) = 8 \cdot \frac{n(n+1)}{2} - 6n = 4n^2 - 2n = 2n(2n-1)\]입니다. 따라서 구하는 합은\[\sum_{n=1}^{15} S_n = 4\sum_{n=1}^{15} n^2 - 2\sum_{n=1}^{15} n = 4 \times \frac{15 \times 16 \times 31}{6} - 2 \times \frac{15 \times 16}{2} = 4960 - 240 = 4720\]입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 절댓값 삼각함수와 직선 \(y = \frac{x}{4n}\)의 교점 개수 \(b_n\) 규명

함수 \(y = \left|\cos\left(\frac{\pi}{2}x\right)\right|\)는 주기가 \(2\)이고 치역이 \([0, 1]\)인 연속함수입니다.
구간 \([0, 4n]\)을 길이 \(2\)인 \(2n\)개의 구간 \(J_j = [2j-2, 2j]\) (\(j = 1, 2, \dots, 2n\))으로 나누어 관찰합니다.
• 첫 번째 구간 \(J_1 = [0, 2]\): \(x \in [0, 1]\)에서 \(\cos\left(\frac{\pi}{2}x\right)\)는 \(1\)에서 \(0\)으로 감소하고 직선 \(y = \frac{x}{4n}\)은 \(0\)에서 \(\frac{1}{4n}\)으로 증가하므로 \(1\)개의 교점을 가집니다. \(x \in [1, 2]\)에서는 곡선이 \(0\)에서 \(1\)로 증가하고 직선은 \(\frac{1}{4n}\)에서 \(\frac{2}{4n} \lt 1\)로 증가하므로 다시 \(1\)개의 교점을 가져 총 \(2\)개의 실근을 가집니다.
• \(2 \le j \le 2n-1\)인 각 구간 \(J_j\): 양 끝점 \(x = 2j-2, 2j\)에서 곡선의 값은 \(1\)이고 중심 \(x = 2j-1\)에서 \(0\)이므로, 높이가 \(0 \lt \frac{x}{4n} \lt 1\)인 직선과 내려가는 구간과 올라가는 구간에서 각각 \(1\)번씩 총 \(2\)개의 교점을 가집니다.
• 마지막 구간 \(J_{2n} = [4n-2, 4n]\): \([4n-2, 4n-1]\)에서 \(1\)개, 그리고 \([4n-1, 4n]\)에서는 곡선이 \((4n-1, 0)\)에서 \((4n, 1)\)로 위로 볼록하게 증가하여 끝점 \((4n, 1)\)에서 직선과 정확히 만나므로 \(1\)개의 교점을 가집니다.
따라서 모든 구간 \(J_j\) (\(j=1, \dots, 2n\))에서 각각 \(2\)개씩 만나므로 총 실근의 개수는 \(b_n = 2 \times 2n = 4n\)입니다.

【제4회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 부분분수 소거를 통한 급수 합 계산 및 자연수 \(m\)의 최솟값 도출

(1-ⅰ)에서 \(a_n = 2n\)이고 \(S_n = 4n^2 - 2n\)이므로 분모를 정리하면\[S_n + a_n - 1 = (4n^2 - 2n) + 2n - 1 = 4n^2 - 1 = (2n - 1)(2n + 1)\]입니다. 따라서 일반항을 부분분수로 분해하면\[\frac{2}{S_n + a_n - 1} = \frac{2}{(2n-1)(2n+1)} = \frac{1}{2n-1} - \frac{1}{2n+1}\]이 성립합니다. 이제 제\(m\)항까지의 부분합을 망원급수로 소거하면\[\begin{aligned} \sum_{n=1}^m \frac{2}{S_n + a_n - 1} &= \sum_{n=1}^m \left(\frac{1}{2n-1} - \frac{1}{2n+1}\right) \\ &= \left(1 - \frac{1}{3}\right) + \left(\frac{1}{3} - \frac{1}{5}\right) + \cdots + \left(\frac{1}{2m-1} - \frac{1}{2m+1}\right) \\ &= 1 - \frac{1}{2m+1} = \frac{2m}{2m+1} \end{aligned}\]입니다. 주어진 부등식 \(\dfrac{2m}{2m+1} \ge \dfrac{98}{99}\)를 풀면\[1 - \frac{1}{2m+1} \ge 1 - \frac{1}{99} \iff 2m + 1 \ge 99 \iff 2m \ge 98 \iff m \ge 49\]이므로 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(49\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] 주기 분할 및 대칭축 \(x = 4k-3\)을 이용하여 \(a_n = 2n, \; S_n = 4n^2 - 2n\) 도출 (6점)
소문항 [1-ⅰ] 시그마 공식을 적용하여 \(\sum_{n=1}^{15} S_n = 4960 - 240 = 4720\) 산출 (4점)
소문항 [1-ⅱ] 주기 \(2\)인 구간 \(2n\)개로 분할하고 끝점 \((4n, 1)\)에서의 접선 기울기 비교로 \(b_n = 4n\) 도출 (10점)
소문항 [1-ⅲ] \(S_n + a_n - 1 = (2n-1)(2n+1)\) 인수분해 및 부분분수 \(\frac{1}{2n-1} - \frac{1}{2n+1}\) 변형 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 부분합 \(\frac{2m}{2m+1} \ge \frac{98}{99}\)를 풀어 자연수 \(m\)의 최솟값 \(49\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제4회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅱ]에서 마지막 점 \((4n, 1)\) 부근의 교점 개수를 조사할 때 곡선과 직선의 기울기를 비교하지 않으면 \((4n-1, 4n)\) 내부에서 추가 교점이 생기는지 판정할 수 없어 감점됩니다.
• 방어 전략: \(x=4n\)에서 곡선의 좌미분계수는 \(\frac{\pi}{2} \gt \frac{1}{4n}\)이지만 \(x=4n-1\)에서의 우미분계수도 \(\frac{\pi}{2} \gt \frac{1}{4n}\)이고 위로 볼록하므로 \((4n, 1)\) 한 점에서만 만남을 명시하십시오.

【제4회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅰ-2. 함수의 연속 (DB: CAL1_Ch01) PDF p.26 탐구 4042 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-1. 부정적분과 정적분 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.18 탐구 4042 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-01-03, 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-04]
Step 1 [문제 2-ⅰ] 공통 나머지 조건을 이용한 \(P(x)\)와 \(R(x)\)의 결정

\(P(x)\)를 이차식 \((x+1)^2\) 및 \((x-1)^2\)으로 나눈 공통 나머지가 \(R(x)\)이므로, \(R(x)\)는 일차 이하의 다항식 \(R(x) = ax + b\) (\(a, b\)는 상수)입니다.
조건 (가)에 의해 다항식 \(P(x) - R(x)\)는 \((x+1)^2\)과 \((x-1)^2\)으로 각각 나누어떨어지며, \((x+1)^2\)과 \((x-1)^2\)은 서로소이고 \(P(x)\)는 최고차항의 계수가 \(1\)인 사차다항식이므로\[P(x) - R(x) = (x+1)^2(x-1)^2 = (x^2 - 1)^2\]입니다. 따라서 \(P(x) = (x^2 - 1)^2 + ax + b = x^4 - 2x^2 + ax + b + 1\)이고, 미분하면 \(P'(x) = 4x^3 - 4x + a\)입니다.
조건 (나)에서 \(P(0) = b + 1 = 2 \implies b = 1\)이고, \(P'(0) = a = 2\)입니다.
그러므로 \(R(x) = 2x + 1\)이고, \(P(x) = (x^2 - 1)^2 + 2x + 1 = x^4 - 2x^2 + 2x + 2\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 방정식 \(P(x)-R(x)=k\)의 세 실근 조건 및 \(G(t)\)의 단조증가성 증명

\(h(x) = P(x) - R(x) = (x^2 - 1)^2 = x^4 - 2x^2 + 1\)이라 하면 \(h'(x) = 4x(x-1)(x+1)\)입니다.
\(h(x)\)는 \(x = \pm 1\)에서 극솟값 \(h(\pm 1) = 0\)을 갖고, \(x = 0\)에서 극댓값 \(h(0) = 1\)을 갖는 대칭 사차함수입니다.
따라서 방정식 \(h(x) = k\)가 서로 다른 세 실근을 가질 조건은 직선 \(y = k\)가 극댓점을 지나는 경우이므로 \(k = 1\)입니다.
\(k = 1\)일 때 \((x^2 - 1)^2 = 1 \iff x^4 - 2x^2 = x^2(x^2 - 2) = 0\)이므로 세 실근은 \(x = -\sqrt{2}, \; 0, \; \sqrt{2}\)입니다.
한편 \(G(t) = \displaystyle\int_0^t (x^2-1)^2\,dx\)를 미분하면 모든 실수 \(t\)에 대하여\[G'(t) = (t^2 - 1)^2 \ge 0\]이며, \(G'(t) = 0\)이 되는 점은 유한개(\(t = \pm 1\))뿐이므로 함수 \(G(t)\)는 실수 전체의 집합에서 엄격하게 증가합니다.
또한 \(G(0) = 0\)이고 일대일 함수이므로 방정식 \(G(t) = 0\)의 실근은 \(t = 0\) 하나뿐, 즉 실근의 개수는 \(1\)개입니다.

【제4회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 우함수 대칭성을 이용한 넓이 \(S_1\) 및 \(S_2\) 계산

곡선 \(y = P(x)\)와 직선 \(y = R(x)\)의 교점은 \(P(x) - R(x) = (x^2 - 1)^2 = 0\)에서 \(x = -1, \; 1\) (각각 접점)입니다.
피적분함수 \(P(x) - R(x) = x^4 - 2x^2 + 1 \ge 0\)은 우함수이므로:
(1) 곡선과 직선으로 둘러싸인 닫힌 영역의 넓이 \(S_1\) (\(x \in [-1, 1]\))은\[\begin{aligned} S_1 &= \int_{-1}^1 (x^4 - 2x^2 + 1)\,dx = 2\int_0^1 (x^4 - 2x^2 + 1)\,dx \\ &= 2\left[\frac{1}{5}x^5 - \frac{2}{3}x^3 + x\right]_0^1 = 2\left(\frac{1}{5} - \frac{2}{3} + 1\right) = 2 \times \frac{8}{15} = \frac{16}{15} \end{aligned}\]입니다.
(2) 구간 \([-2, 2]\)에서 둘러싸인 모든 영역의 넓이의 합 \(S_2\)는 모든 \(x\)에서 \((x^2-1)^2 \ge 0\)이므로\[\begin{aligned} S_2 &= \int_{-2}^2 (x^4 - 2x^2 + 1)\,dx = 2\int_0^2 (x^4 - 2x^2 + 1)\,dx \\ &= 2\left[\frac{1}{5}x^5 - \frac{2}{3}x^3 + x\right]_0^2 = 2\left(\frac{32}{5} - \frac{16}{3} + 2\right) = 2 \times \frac{46}{15} = \frac{92}{15} \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] \(P(x) - R(x) = (x^2-1)^2\) 구조를 규명하고 \(P(0)=2, P'(0)=2\)로 \(R(x)=2x+1\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅰ] 사차다항식 \(P(x) = x^4 - 2x^2 + 2x + 2\) 완결 (6점)
소문항 [2-ⅱ] 극댓값 \(h(0)=1\)로부터 \(k = 1\) 및 세 실근 \(-\sqrt{2}, 0, \sqrt{2}\) 산출 (7점)
소문항 [2-ⅱ] \(G'(t) = (t^2-1)^2 \ge 0\)을 통해 실수 전체에서 증가함을 보이고 실근 개수 \(1\)개(\(t=0\)) 도출 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 접점 \(x = \pm 1\) 확인 및 구간 \([-1, 1]\) 넓이 \(S_1 = \frac{16}{15}\) 정확 계산 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 비음성 \((x^2-1)^2 \ge 0\) 확인 및 구간 \([-2, 2]\) 넓이 \(S_2 = \frac{92}{15}\) 완결 (7점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제4회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅰ]에서 나머지 \(R(x)\)의 차수가 \(1\)차 이하임을 언급하지 않거나 \((x+1)^2\)과 \((x-1)^2\)이 서로소라는 근거 없이 곱으로 나타내면 2점 감점됩니다.
• 방어 전략: 이차식으로 나눈 나머지는 일차 이하(\(ax+b\))라는 다항식 나눗셈의 기본 정리를 첫 줄에 반드시 명시하십시오.

【제4회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.12 탐구 4043 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통02-07, 12확통03-02, 12확통03-03]
Step 1 [문제 3-ⅰ] \(k\)회 연속 양성 판정 시 조건부확률 \(p_k\) 도출 및 최솟값 \(k\) 산출

특수 등급 사건을 \(E\), 일반 등급 사건을 \(E^c\)라 하면 \(P(E) = 0.1 = \frac{1}{10}, \; P(E^c) = 0.9 = \frac{9}{10}\)입니다.
\(k\)회 연속 양성 판정을 받는 사건을 \(A_k\)라 하면, 각 회차 검사가 조건부 독립이므로\[P(A_k | E) = (0.8)^k = \left(\frac{4}{5}\right)^k, \quad P(A_k | E^c) = (0.2)^k = \left(\frac{1}{5}\right)^k\]입니다. 제시문 <1>에 의하여 조건부확률 \(p_k = P(E | A_k)\)를 계산하면 분자·분모를 \(\frac{1}{10}\left(\frac{1}{5}\right)^k\)로 약분하여\[p_k = \frac{\frac{1}{10}\left(\frac{4}{5}\right)^k}{\frac{1}{10}\left(\frac{4}{5}\right)^k + \frac{9}{10}\left(\frac{1}{5}\right)^k} = \frac{4^k}{4^k + 9}\]입니다. 부등식 \(p_k \ge 0.99 = \dfrac{99}{100}\)를 풀면\[\frac{4^k}{4^k + 9} \ge \frac{99}{100} \iff 100 \cdot 4^k \ge 99 \cdot 4^k + 891 \iff 4^k \ge 891\]\(4^4 = 256 \lt 891\)이고 \(4^5 = 1024 \ge 891\)이므로 자연수 \(k\)의 최솟값은 \(5\)입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 정규분포 대칭성을 이용한 \(h(t)\)의 최대화 조건 및 최댓값 도출

확률변수 \(X \sim \mathrm{N}(50, 4^2)\)의 확률밀도함수는 평균 \(m = 50\)에 대하여 좌우 대칭이고 \(x = 50\)에서 최댓값을 가지며 멀어질수록 감소합니다.
구간 \([2t - 6, \; 2t + 10]\)의 길이는 \((2t + 10) - (2t - 6) = 16\)으로 일정하므로, 이 구간의 확률 \(h(t)\)가 최대가 되려면 구간의 중점이 정규분포의 대칭축 \(m = 50\)과 일치해야 합니다.
\[\frac{(2t - 6) + (2t + 10)}{2} = 50 \iff 2t + 2 = 50 \iff t = 24\]\(t = 24\)일 때 구간은 \([42, 58]\)이므로 표준화 변수 \(Z = \dfrac{X - 50}{4}\)로 변환하면\[h(24) = P(42 \le X \le 58) = P(-2 \le Z \le 2) = 2P(0 \le Z \le 2) = 2 \times 0.4772 = 0.9544\]입니다.

【제4회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 표본평균 \(\overline{X}\)의 분포를 이용한 최소 표본크기 \(n\) 산출

모집단 \(\mathrm{N}(50, 4^2)\)에서 크기가 \(n\)인 표본을 임의추출할 때, 제시문 <2>에 의하여 표본평균 \(\overline{X}\)는 정규분포 \(\mathrm{N}\left(50, \frac{4^2}{n}\right)\)을 따릅니다.
따라서 \(Z = \dfrac{\overline{X} - 50}{4/\sqrt{n}}\)은 표준정규분포 \(\mathrm{N}(0, 1)\)을 따르므로\[\begin{aligned} P(|\overline{X} - 50| \le 1) &= P\left(|Z| \le \frac{1}{4/\sqrt{n}}\right) = P\left(-\frac{\sqrt{n}}{4} \le Z \le \frac{\sqrt{n}}{4}\right) \\ &= 2P\left(0 \le Z \le \frac{\sqrt{n}}{4}\right) \end{aligned}\]입니다. 주어진 조건에서 \(2P\left(0 \le Z \le \frac{\sqrt{n}}{4}\right) \ge 0.9544 \iff P\left(0 \le Z \le \frac{\sqrt{n}}{4}\right) \ge 0.4772\)입니다.
제시문 <3>에서 \(P(0 \le Z \le 2) = 0.4772\)이므로\[\frac{\sqrt{n}}{4} \ge 2 \iff \sqrt{n} \ge 8 \iff n \ge 64\]가 되어 자연수 \(n\)의 최솟값은 \(64\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] 조건부 독립을 이용한 \(P(A_k|E)=(0.8)^k, P(A_k|E^c)=(0.2)^k\) 및 \(p_k = \frac{4^k}{4^k+9}\) 유도 (5점)
소문항 [3-ⅰ] 부등식 \(4^k \ge 891\)을 풀어 자연수 \(k\)의 최솟값 \(5\) 도출 (5점)
소문항 [3-ⅱ] 일정 길이 구간 \([2t-6, 2t+10]\)의 중점이 평균 \(50\)과 일치해야 함을 논증하여 \(t = 24\) 도출 (5점)
소문항 [3-ⅱ] 표준화를 통해 최댓값 \(2P(0 \le Z \le 2) = 0.9544\) 계산 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(\overline{X} \sim \mathrm{N}\left(50, \frac{16}{n}\right)\) 명시 및 표준화 부등식 \(P\left(0 \le Z \le \frac{\sqrt{n}}{4}\right) \ge 0.4772\) 수립 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(\frac{\sqrt{n}}{4} \ge 2\)로부터 자연수 \(n\)의 최솟값 \(64\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제4회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅰ]에서 매 회차 사후확률을 다음 회차 사전확률로 업데이트할 때 계산 과정이 복잡해져 실수하기 쉽습니다.
• 방어 전략: \(k\)회 연속 양성 사건 \(A_k\) 전체에 대하여 한 번에 베이즈 정리를 적용하고 분자·분모를 \((0.2)^k\)로 나누면 \(p_k = \frac{4^k}{4^k+9}\)를 단 한 줄로 깔끔하게 유도할 수 있습니다.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값 정리·산술기하평균·독립시행·법선 조건 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 양수 조건, 등호 성립 조건, 서로소 조건 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·수학Ⅰ 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
원·포물선의 기하적 성질이나 로그·삼각방정식의 대칭성으로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 수학Ⅱ 다항함수의 대칭성·포락선 및 구간별 정적분 (25% 비중)
삼차·사차함수의 변곡점 대칭성, 곡선 밖의 점에서 그은 접선의 개수, 절댓값 도함수 정적분 \(g(t)\)의 구간 분기 및 좌·우미분계수 판정 과정을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·베이즈 정리 및 확률변수 선형결합 (20% 비중)
독립시행 좌표 이동이나 복원추출 정적분 확률변수 문제에서 확률변수들을 단일 확률변수 또는 독립 확률변수의 선형결합으로 표현하여 기댓값 \(E(X)\)와 분산 \(V(X)\)를 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 수험생 100인 표본 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 등호 성립 조건 및 정의역 경계 누락: 산술·기하평균에서 등호 조건을 생략하거나, 완전제곱 인수가 포함된 부등식 \((a-1)^2(a-2) \lt 0\)에서 \(a=1\)을 제외하지 않아 2~3점 감점.
[함정 2] 2칸 간격 망원급수 잔여항 착오: \(\sum \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\) 소거 시 앞의 두 항(\(1+\frac{1}{2}\))과 뒤의 두 항이 남는 것을 간과하고 1개 항만 남겨 오답 발생.
[함정 3] 종속 확률변수의 분산 합산 오류: 한 시행에서 동시에 결정되는 좌표 \((X_n, Y_n)\)을 독립으로 착각하여 \(V(X_n \pm Y_n) = V(X_n) + V(Y_n)\)으로 계산하는 치명적 오류.
📊 교과서 핵심 4대 과목(공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제5회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제5회
[실전모의]
[문제 1] 공통수학, 수학Ⅰ 성균관대 시그니처 \(12^n\)의 약수 집합과 \(6\)의 배수 약수의 로그 이중 시그마 합 \(A_n, B_n\) 분석 30점 최상
[문제 2] 수학Ⅱ 계수 순열 이차함수들의 최대·최소 포락선 함수 \(g(x), h(x)\)의 미분가능성 및 구간별 정적분 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 복원추출 계수 이차방정식의 실근·중근 조건부 기댓값과 정적분 확률변수 \(I\)의 분산 및 부등식 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 4대 과목 출제 원칙 및 합격 전략
1. 출제 범위 엄수 (공통수학 · 수학Ⅰ · 수학Ⅱ · 확률과 통계): 성균관대 최신 출제 기조에 맞추어 초월함수 미적분과 공간벡터를 배제하고, 교과서 핵심 개념의 깊이 있는 논증력을 측정합니다.
2. 대문항 3개 · 100점 만점 표준 편제: [문제 1](30점: 공통수학·수학Ⅰ 수열/도형/로그), [문제 2](40점: 수학Ⅱ 다항함수 미적분·절댓값·넓이), [문제 3](30점: 확률과 통계 조건부확률·확률변수 기댓값/분산)의 황금 비율을 완벽 구현했습니다.
3. 단계별 연쇄 논증 (ⅰ ➔ ⅱ ➔ ⅲ): 소문항 (ⅰ)에서 도출한 일반항이나 기하적 성질이 (ⅱ), (ⅲ)의 망원급수 부등식 및 정적분 계산의 핵심 보조정리로 직결됩니다.

【제5회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열의 합과 수학적 귀납법 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.14 탐구 4051 변형 | 성취기준: 12대수03-02, 12대수03-04, 12대수03-06]
Step 1 [문제 1-ⅰ] \(n(D_n), n(E_n)\)의 도출 및 전체 약수 로그 총합 \(A_n\) 계산

\(N_n = 12^n = (2^2 \cdot 3)^n = 2^{2n} \cdot 3^n\)이므로, \(D_n\)의 원소는 \(d = 2^i 3^j\) (\(0 \le i \le 2n, \; 0 \le j \le n\)인 정수)입니다.
따라서 \(n(D_n) = (2n + 1)(n + 1)\)입니다.
약수 \(d = 2^i 3^j\)이 \(6 = 2 \cdot 3\)의 배수가 되려면 \(1 \le i \le 2n\)이고 \(1 \le j \le n\)이어야 하므로 \(n(E_n) = 2n \cdot n = 2n^2\)입니다.
한편 \(\log_2(2^i 3^j) = i + j\alpha\) (\(\alpha = \log_2 3\))이므로 전체 약수에 대한 로그 총합 \(A_n\)은\[\begin{aligned} A_n &= \sum_{i=0}^{2n} \sum_{j=0}^n (i + j\alpha) = (n + 1)\sum_{i=0}^{2n} i + (2n + 1)\alpha \sum_{j=0}^n j \\ &= (n + 1) \cdot \frac{2n(2n + 1)}{2} + (2n + 1)\alpha \cdot \frac{n(n + 1)}{2} \\ &= n(n + 1)(2n + 1)\left(1 + \frac{\alpha}{2}\right) \end{aligned}\]입니다. (약수의 대칭성 \(d \cdot \frac{N_n}{d} = 12^n\)을 이용하여도 동일하게 얻어집니다.)

Step 2 [문제 1-ⅱ] \(6\)의 배수 약수 로그 총합 \(B_n\)의 일반항과 극한값 \(\lim_{n\to\infty}\frac{B_n}{A_n}\)

집합 \(E_n\)의 원소는 \(1 \le i \le 2n, \; 1 \le j \le n\)을 만족하므로 로그 총합 \(B_n\)은\[\begin{aligned} B_n &= \sum_{i=1}^{2n} \sum_{j=1}^n (i + j\alpha) = n\sum_{i=1}^{2n} i + 2n\alpha \sum_{j=1}^n j \\ &= n \cdot \frac{2n(2n + 1)}{2} + 2n\alpha \cdot \frac{n(n + 1)}{2} \\ &= n^2(2n + 1) + n^2(n + 1)\alpha \end{aligned}\]입니다. \(A_n\)과 \(B_n\)을 \(n\)에 대한 삼차다항식으로 전개하여 최고차항(\(n^3\))의 계수를 비교하면\[A_n = (2 + \alpha)n^3 + O(n^2), \quad B_n = (2 + \alpha)n^3 + O(n^2)\]이므로 구하는 극한값은 \(\displaystyle \lim_{n \to \infty} \frac{B_n}{A_n} = \frac{2 + \alpha}{2 + \alpha} = 1\)입니다.

【제5회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] \(A_n - B_n\)의 정리 및 \(\sum_{n=1}^{10} (A_n - B_n)\)으로부터 \(p, q\) 산출

(1-ⅰ)과 (1-ⅱ)에서 구한 \(A_n\)과 \(B_n\)의 차를 구하면\[\begin{aligned} A_n - B_n &= \left\{n(n+1)(2n+1) - n^2(2n+1)\right\} + \left\{\frac{1}{2}n(n+1)(2n+1) - n^2(n+1)\right\}\alpha \\ &= n(2n+1)\{(n+1) - n\} + \frac{1}{2}n(n+1)\{(2n+1) - 2n\}\alpha \\ &= n(2n+1) + \frac{1}{2}n(n+1)\alpha = (2n^2 + n) + \frac{1}{2}(n^2 + n)\alpha \end{aligned}\]입니다. 이제 \(n = 1\)부터 \(10\)까지 합산하면 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{10} n = 55, \; \sum_{n=1}^{10} n^2 = 385\)이므로\[\begin{aligned} p &= \sum_{n=1}^{10} (2n^2 + n) = 2 \times 385 + 55 = 770 + 55 = 825, \\ q &= \frac{1}{2}\sum_{n=1}^{10} (n^2 + n) = \frac{1}{2}(385 + 55) = \frac{440}{2} = 220 \end{aligned}\]입니다. 따라서 \(p = 825, \; q = 220\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] \(n(D_n) = (2n+1)(n+1), \; n(E_n) = 2n^2\) 도출 (4점)
소문항 [1-ⅰ] 이중 시그마(또는 약수 짝짓기)로 \(A_n = n(n+1)(2n+1)\left(1 + \frac{\alpha}{2}\right)\) 유도 (6점)
소문항 [1-ⅱ] \(1 \le i \le 2n, 1 \le j \le n\) 범위 합산으로 \(B_n = n^2(2n+1) + n^2(n+1)\alpha\) 도출 (6점)
소문항 [1-ⅱ] 최고차항 계수 비교를 통해 \(\lim_{n\to\infty} \frac{B_n}{A_n} = 1\) 산출 (4점)
소문항 [1-ⅲ] 인수분해를 통해 \(A_n - B_n = (2n^2+n) + \frac{1}{2}(n^2+n)\alpha\) 정확히 정리 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 시그마 합산을 통해 \(p = 825, \; q = 220\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제5회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅰ]에서 지수 \(i=0\)일 때 항의 개수가 \(2n+1\)개임을 간과하고 \(2n\)을 곱하는 실수가 가장 빈번합니다(성균관대 2025 기출 핵심 감점 요소).
• 방어 전략: \(i=0\)은 \(\log_2 2^0 = 0\)이라 합에는 더해지지 않지만, \(j\alpha\)를 더할 때의 반복 횟수에는 반드시 포함되어 \(2n+1\)번 더해짐을 주의하십시오.

【제5회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 14점, 2-ⅱ: 12점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.38 탐구 4052 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.30 탐구 4052 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] \(1, x, x^2\)의 대소 비교를 통한 \(g(x), h(x)\)의 구간별 식과 합 항등식 증명

제시문 <1>에 의하여 \(ax^2 + bx + c\)가 최대가 되는 순열 \((a, b, c)\)에서 가장 큰 계수 \(3\)이 곱해지는 항에는 최솟값 \(h(x)\)에서 가장 작은 계수 \(1\)이 곱해집니다.
즉, 임의의 고정된 실수 \(x\)에서 \(g(x)\)를 만드는 순열을 \((a^*, b^*, c^*)\)라 하면, \(h(x)\)를 만드는 순열은 \((4-a^*, 4-b^*, 4-c^*)\)이므로 모든 실수 \(x\)에서\[g(x) + h(x) = (a^* + 4 - a^*)x^2 + (b^* + 4 - b^*)x + (c^* + 4 - c^*) = 4(x^2 + x + 1)\]이 항등적으로 성립합니다. 이제 세 수 \(x^2, x, 1\)의 대소 관계에 따라 구간을 나누면:
① \(x \lt -1\)일 때 (\(x \lt 1 \lt x^2\)): \(g(x) = 3x^2 + x + 2, \quad h(x) = x^2 + 3x + 2\)
② \(-1 \le x \lt 0\)일 때 (\(x \lt x^2 \le 1\)): \(g(x) = 2x^2 + x + 3, \quad h(x) = 2x^2 + 3x + 1\)
③ \(0 \le x \lt 1\)일 때 (\(x^2 \le x \lt 1\)): \(g(x) = x^2 + 2x + 3, \quad h(x) = 3x^2 + 2x + 1\)
④ \(x \ge 1\)일 때 (\(1 \le x \le x^2\)): \(g(x) = 3x^2 + 2x + 1, \quad h(x) = x^2 + 2x + 3\) 입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] \(g(x)\)의 미분불가능점 도출 및 좌·우미분계수 차의 절댓값 합 산출

\(g(x)\)는 각 열린구간에서 이차함수이므로 미분가능하며, 경계점 \(x_0 \in \{-1, 0, 1\}\)에서의 좌·우미분계수를 조사합니다.
구간별 도함수는 \(x \lt -1\)에서 \(6x+1\), \(-1 \lt x \lt 0\)에서 \(4x+1\), \(0 \lt x \lt 1\)에서 \(2x+2\), \(x \gt 1\)에서 \(6x+2\)입니다.
• \(x_0 = -1\): 좌미분계수 \(= 6(-1)+1 = -5\), 우미분계수 \(= 4(-1)+1 = -3 \implies |-3 - (-5)| = 2\)
• \(x_0 = 0\): 좌미분계수 \(= 4(0)+1 = 1\), 우미분계수 \(= 2(0)+2 = 2 \implies |2 - 1| = 1\)
• \(x_0 = 1\): 좌미분계수 \(= 2(1)+2 = 4\), 우미분계수 \(= 6(1)+2 = 8 \implies |8 - 4| = 4\)
세 경계점 모두 좌·우미분계수가 다르므로 미분가능하지 않은 점은 \(x_0 = -1, \; 0, \; 1\)이고, 차의 절댓값들의 합은 \(2 + 1 + 4 = 7\)입니다.

【제5회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 구간별 \(g(x) - h(x)\) 도출 및 정적분 계산

(2-ⅰ)에서 구한 \(g(x)\)와 \(h(x)\)로부터 구간 \([-2, 1]\)에서의 차 \(D(x) = g(x) - h(x)\)를 구하면 다음과 같습니다.
• \(-2 \le x \lt -1\)에서: \(D(x) = (3x^2 + x + 2) - (x^2 + 3x + 2) = 2x^2 - 2x\)
• \(-1 \le x \lt 0\)에서: \(D(x) = (2x^2 + x + 3) - (2x^2 + 3x + 1) = -2x + 2\)
• \(0 \le x \le 1\)에서: \(D(x) = (x^2 + 2x + 3) - (3x^2 + 2x + 1) = -2x^2 + 2\)
따라서 세 구간으로 나누어 정적분을 계산하면\[\begin{aligned} \int_{-2}^1 \{g(x) - h(x)\}\,dx &= \int_{-2}^{-1} (2x^2 - 2x)\,dx + \int_{-1}^0 (-2x + 2)\,dx + \int_0^1 (-2x^2 + 2)\,dx \\ &= \left[\frac{2}{3}x^3 - x^2\right]_{-2}^{-1} + \left[-x^2 + 2x\right]_{-1}^0 + \left[-\frac{2}{3}x^3 + 2x\right]_0^1 \\ &= \left\{\left(-\frac{2}{3} - 1\right) - \left(-\frac{16}{3} - 4\right)\right\} + \{0 - (-1 - 2)\} + \left(-\frac{2}{3} + 2\right) \\ &= \frac{23}{3} + 3 + \frac{4}{3} = 9 + 3 = 12 \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] 대칭 순열 쌍 \((a^*,b^*,c^*)\)와 \((4-a^*,4-b^*,4-c^*)\)를 이용해 \(g(x)+h(x)=4(x^2+x+1)\) 증명 (5점)
소문항 [2-ⅰ] \(x^2, x, 1\)의 대소에 따른 4개 구간별 \(g(x), h(x)\)의 식 정확 도출 (9점)
소문항 [2-ⅱ] 경계점 \(x_0 = -1, 0, 1\)에서의 좌·우미분계수를 각각 계산하여 미분불가능성 판정 (8점)
소문항 [2-ⅱ] 각 점에서의 미분계수 차의 절댓값 합 \(2 + 1 + 4 = 7\) 산출 (4점)
소문항 [2-ⅲ] 세 구간 \([-2,-1], [-1,0], [0,1]\)에서의 \(g(x)-h(x)\) 식 도출 (6점)
소문항 [2-ⅲ] 각 구간 정적분 \(\frac{23}{3} + 3 + \frac{4}{3} = 12\) 완결 (8점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제5회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅰ]에서 \(x \lt 0\)일 때 \(x\)가 음수라는 점을 놓치고 \(0 \le x \lt 1\)과 같은 순서로 계수를 배정하면 \([-2, 0]\) 구간 전체가 오답이 됩니다.
• 방어 전략: \(x \lt 0\)에서는 \(x\)가 항상 세 값 \(x^2, x, 1\) 중 가장 작으므로 최댓값 \(g(x)\)에서 일차항 계수 \(b\)는 항상 \(1\)이 됨을 먼저 고정하십시오.

【제5회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-1. 확률의 뜻과 활용 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.8 탐구 4053 변형 | 성취기준: 12확통02-03, 12확통02-05, 12확통03-02]
Step 1 [문제 3-ⅰ] 방정식 \(Q(x)=0\)의 실근 확률 \(p\) 및 중근일 때 \(A+C\)의 조건부 기댓값

\(A, B, C \in \{1, 2, 3, 4\}\)의 전체 순서쌍의 개수는 \(4^3 = 64\)가지입니다.
이차방정식 \(Ax^2 + 2Bx + C = 0\)이 실근을 가질 조건은 \(\dfrac{D}{4} = B^2 - AC \ge 0 \iff AC \le B^2\)입니다. \(B\)의 값에 따라 \((A, C)\)의 개수를 구하면:
• \(B = 1\) (\(AC \le 1\)): \((1,1)\) \(\implies 1\)가지
• \(B = 2\) (\(AC \le 4\)): \(A=1\)일 때 \(4\)개, \(A=2\)일 때 \(2\)개, \(A=3\)일 때 \(1\)개, \(A=4\)일 때 \(1\)개 \(\implies 8\)가지
• \(B = 3\) (\(AC \le 9\)): \(A=1\)(\(4\)개), \(A=2\)(\(4\)개), \(A=3\)(\(3\)개), \(A=4\)(\(2\)개) \(\implies 13\)가지
• \(B = 4\) (\(AC \le 16\)): 모든 \((A, C)\)가 성립 \(\implies 16\)가지
따라서 실근을 갖는 순서쌍은 \(1 + 8 + 13 + 16 = 38\)가지이므로 \(p = \dfrac{38}{64} = \dfrac{19}{32}\)입니다.
중근 조건 \(B^2 = AC\)를 만족하는 순서쌍 \((A, B, C)\)는 \((1,1,1), (2,2,2), (1,2,4), (4,2,1), (3,3,3), (4,4,4)\)의 총 \(6\)가지입니다.
각 경우에서 \(A + C\)의 값은 \(2, 4, 5, 5, 6, 8\)이므로 조건부 기댓값은 \(E(A+C \mid \text{중근}) = \dfrac{2+4+5+5+6+8}{6} = \dfrac{30}{6} = 5\)입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 정적분 확률변수 \(I\)의 기댓값 \(E(I)\)와 분산 \(V(I)\) 계산

\(I = \displaystyle\int_0^1 (Ax^2 + 2Bx + C)\,dx = \left[\frac{A}{3}x^3 + Bx^2 + Cx\right]_0^1 = \frac{1}{3}A + B + C\)입니다.
복원추출이므로 \(A, B, C\)는 서로 독립이고 동일한 분포를 따릅니다. 한 번의 시행에서 나오는 눈 \(X \in \{1, 2, 3, 4\}\)의 기댓값과 분산은\[\begin{aligned} E(X) &= \frac{1 + 2 + 3 + 4}{4} = \frac{5}{2}, \\ V(X) &= \frac{1^2 + 2^2 + 3^2 + 4^2}{4} - \left(\frac{5}{2}\right)^2 = \frac{30}{4} - \frac{25}{4} = \frac{5}{4} \end{aligned}\]입니다. 따라서 제시문 <1>의 선형결합 공식에 의하여\[\begin{aligned} E(I) &= \left(\frac{1}{3} + 1 + 1\right)E(X) = \frac{7}{3} \times \frac{5}{2} = \frac{35}{6}, \\ V(I) &= \left\{\left(\frac{1}{3}\right)^2 + 1^2 + 1^2\right\}V(X) = \frac{19}{9} \times \frac{5}{4} = \frac{95}{36} \end{aligned}\]입니다.

【제5회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 정적분 부등식의 설명 및 \(E(I^2)\)의 도출

구간 \([0, 1]\)에서 정의된 연속확률변수 \(U\)의 균등분포로 해석하면 \(\displaystyle\int_0^1 \{Q(x) - I\}^2\,dx = \int_0^1 \{Q(x)\}^2\,dx - I^2 \ge 0\)이므로 모든 표본점 \((A, B, C)\)에 대하여\[I^2 = \left\{\int_0^1 Q(x)\,dx\right\}^2 \le \int_0^1 \{Q(x)\}^2\,dx\]가 항상 성립하며, \(A, B \gt 0\)이므로 \(Q(x)\)는 상수함수가 될 수 없어 등호는 성립하지 않고 엄격한 부등호(\( \lt \))가 성립합니다.
이제 (3-ⅱ)에서 구한 \(E(I) = \dfrac{35}{6}\)와 \(V(I) = \dfrac{95}{36}\)을 분산의 정의식 \(V(I) = E(I^2) - \{E(I)\}^2\)에 대입하면\[\begin{aligned} E(I^2) &= V(I) + \{E(I)\}^2 = \frac{95}{36} + \left(\frac{35}{6}\right)^2 \\ &= \frac{95 + 1225}{36} = \frac{1320}{36} = \frac{110}{3} \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] \(AC \le B^2\)을 만족하는 순서쌍 \(38\)개 분류 및 \(p = \frac{38}{64} = \frac{19}{32}\) 도출 (5점)
소문항 [3-ⅰ] 중근 순서쌍 \(6\)가지를 모두 찾아 조건부 기댓값 \(\frac{30}{6} = 5\) 산출 (5점)
소문항 [3-ⅱ] \(I = \frac{1}{3}A + B + C\) 도출 및 단일 변수 \(E(X)=\frac{5}{2}, V(X)=\frac{5}{4}\) 계산 (5점)
소문항 [3-ⅱ] 독립 선형결합 공식으로 \(E(I) = \frac{35}{6}, \; V(I) = \frac{95}{36}\) 정확 산출 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(\int_0^1 \{Q(x)-I\}^2\,dx \ge 0\)을 이용하여 정적분 제곱 부등식 성립 설명 (4점)
소문항 [3-ⅲ] \(E(I^2) = V(I) + \{E(I)\}^2 = \frac{95}{36} + \frac{1225}{36} = \frac{110}{3}\) 완결 (6점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제5회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅲ]에서 \(E(I^2)\)을 구할 때 \(\left(\frac{1}{3}A+B+C\right)^2\)을 직접 전개하여 \(64\)가지 경우를 대입하려다 연산 실수로 감점되는 경우가 많습니다.
• 방어 전략: [3-ⅱ]에서 이미 구한 \(E(I)\)와 \(V(I)\)를 이용해 항등식 \(E(I^2) = V(I) + \{E(I)\}^2\)에 대입하면 즉시 정확한 값을 얻을 수 있습니다.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드 [제6회]
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값·평균값 정리, 수학적 귀납법, 조건부확률·베이즈 정리 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 미분가능성, 귀납 가정, 배반 분할 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·대수 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
무리식·로그·삼각함수 및 도형의 기하적 성질로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 미적분Ⅰ 다항함수의 접선·극값 및 구간별 정적분 (25% 비중)
이중접선·법선의 직교성, 정적분으로 정의된 함수의 극대·극소, 절댓값 다항함수의 미분가능성과 구간 분리 정적분 계산을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·기댓값·분산 및 통계적 추정 (20% 비중)
단계별 비복원 추출의 사후확률, 이산확률변수의 기댓값·분산, 표본평균과 모비율의 신뢰구간 추정식을 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 제6회 수험생 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 무리수 정수 부분 판정 시 \(n \ge 4\) 조건 누락: \((n+2)^2 = n^2+4n+4 \lt n^2+6n\)이 성립하려면 \(2n \gt 4\)임이 필수적이므로 이를 명시하지 않으면 2점 감점.
[함정 2] 법선 수직 조건에서 미분계수 인수분해 생략: \(D'(t) = (t-2)(t^2+2t+16)/4 = 0\)에서 허근 인수 \(t^2+2t+16 \gt 0\)임을 밝혀 \(t=2\)의 유일성을 보완해야 만점.
[함정 3] 조건부확률 사후확률 분모 분할 누락: 전체 확률 \(P(E) = P(A \cap E) + P(B \cap E)\)의 두 배반사건 분해를 생략하면 감점.
📊 2022 개정 교육과정 핵심 4대 과목(공통수학 · 대수 · 미적분Ⅰ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제6회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제6회
[실전모의]
[문제 1] 공통수학, 대수 무리식 \(\sqrt{n^2+6n}\)의 정수·소수 부분 \(p_n, q_n\), 부등식 자연수 개수 \(a_n\) 및 망원급수 (2026 기출 3번 변형) 30점 상
[문제 2] 미적분Ⅰ (수학Ⅱ) 곡선 \(y=\frac{1}{4}x^2\) 밖의 점 \(A(4,-1)\)에서의 최단거리 점 \(P\), 접선과 \(AP\)의 수직 증명 및 정적분 넓이 (2026 기출 2번 변형) 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 두 주머니 \(A, B\)의 단계별 추출에서 베이즈 사후확률과 흰 공 개수 확률변수 \(X\)의 기댓값·분산 (2026 기출 1번 변형) 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 제6회 출제 원칙 및 합격 전략
1. 2026학년도 1교시 본고사 1:1 정밀 매핑: 제6회 모의고사는 2026 성균관대 1교시 기출의 핵심 3대 테마(무리식의 정수·소수 부분과 부등식 해 개수 수열, 곡선 밖의 점에서 곡선까지의 최단거리와 법선 조건, 단계별 비복원 추출의 조건부확률과 이산확률변수 기댓값)를 2022 개정 교육과정 성취기준에 맞추어 완벽 재설계했습니다.
2. 무리식 완전제곱 경계 설정과 유리화 항등식: [문제 1]에서는 \(n \ge 4\) 조건에서 \((n+2)^2 \lt n^2+6n \lt (n+3)^2\)을 엄밀히 증명하고 이차부등식의 양 끝 함숫값 부호 판정을 통해 자연수 해의 개수를 도출해야 합니다.
3. 최단거리 점에서의 접선-법선 직교성 증명: [문제 2]에서는 거리 제곱 함수 \(D(t)\)의 도함수 영점 조건이 기하학적으로 접선과 선분 \(AP\)의 기울기 곱이 \(-1\)이 되는 조건과 동치임을 연쇄 논증합니다.

【제6회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열의 합과 수학적 귀납법 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.7 탐구 4061 변형 | 성취기준: 12대수03-04, 12대수03-06]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 완전제곱식 비교를 통한 정수 부분 \(p_n\)과 소수 부분 \(q_n\) 도출

자연수 \(n \ge 4\)에 대하여 \((n+2)^2 = n^2 + 4n + 4\)이고 \((n+3)^2 = n^2 + 6n + 9\)입니다.
\(n \ge 4\)일 때 명제 \(2n \gt 4\)는 \(n=4\)에서 \(8 \gt 4\)로 성립하고, \(n=k\)일 때 \(2k \gt 4\)이면 \(2(k+1) = 2k+2 \gt 6 \gt 4\)이므로 수학적 귀납법에 의해 모든 \(n \ge 4\)에서 \((n+2)^2 = n^2+4n+4 \lt n^2+6n\)이 성립합니다.
또한 \(n^2+6n \lt n^2+6n+9 = (n+3)^2\)이 성립하므로 양의 제곱근을 취하면\[n+2 \lt \sqrt{n^2+6n} \lt n+3 \quad (n \ge 4)\]입니다. 따라서 제시문 <1>에 의하여 정수 부분과 소수 부분은 각각\[p_n = n + 2, \quad q_n = \sqrt{n^2+6n} - (n+2)\]입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 이차부등식을 만족시키는 자연수 개수 \(a_n\)의 일반항 및 합 계산

이차함수 \(h(x) = x^2 - 2n^2 x + (n+2)\)에 대하여 경계 정수에서의 함숫값 부호를 조사합니다.
• \(h(0) = n+2 \gt 0\)이고, \(h(1) = 1 - 2n^2 + n + 2 = -(2n-3)(n+1) \lt 0\) (\(n \ge 4\))이므로 작은 실근 \(\alpha_n\)은 \(0 \lt \alpha_n \lt 1\)을 만족합니다.
• 이차함수 \(h(x)\)의 대칭축이 \(x = n^2\)이므로 \(h(2n^2 - 1) = h(1) \lt 0\)이고, \(h(2n^2) = h(0) = n+2 \gt 0\)이므로 큰 실근 \(\beta_n\)은 \(2n^2 - 1 \lt \beta_n \lt 2n^2\)을 만족합니다.
따라서 부등식 \(h(x) \le 0\)을 만족시키는 자연수 \(x\)는 \(1, 2, \dots, 2n^2 - 1\)이므로 \(a_n = 2n^2 - 1\)입니다.
제시문 <2>의 공식을 적용하면 \(\sum_{k=1}^{10} k^2 = 385, \; \sum_{k=1}^3 k^2 = 14\)이므로\[\sum_{n=4}^{10} a_n = 2\sum_{n=4}^{10} n^2 - \sum_{n=4}^{10} 1 = 2(385 - 14) - 7 = 742 - 7 = 735\]입니다.

【제6회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 합차공식 변형과 망원급수 소거를 통한 최소 자연수 \(m\) 도출

\(p_n = n+2\)이고 \(q_n = \sqrt{n^2+6n} - (n+2)\)이므로 합차공식을 적용하면\[b_n = \left(\sqrt{n^2+6n} + n + 2\right)\left(\sqrt{n^2+6n} - (n+2)\right) = (n^2+6n) - (n+2)^2 = 2n - 4\]입니다. 따라서 \(p_n - 4 = n - 2\)이고 \(b_n - 2 = 2n - 6 = 2(n - 3)\)이므로 주어진 급수의 일반항은\[\frac{2}{(p_n - 4)(b_n - 2)} = \frac{2}{(n-2) \cdot 2(n-3)} = \frac{1}{(n-3)(n-2)} = \frac{1}{n-3} - \frac{1}{n-2}\]입니다. 이를 \(n=4\)부터 \(m\)까지 더하여 망원급수로 소거하면\[\sum_{n=4}^{m} \left(\frac{1}{n-3} - \frac{1}{n-2}\right) = \left(1 - \frac{1}{2}\right) + \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) + \cdots + \left(\frac{1}{m-3} - \frac{1}{m-2}\right) = 1 - \frac{1}{m-2}\]입니다. 부등식 \(1 - \dfrac{1}{m-2} \ge \dfrac{11}{12}\)를 풀면 \(\dfrac{1}{m-2} \le \dfrac{1}{12} \iff m - 2 \ge 12 \iff m \ge 14\)이므로 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(14\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] \((n+2)^2 \lt n^2+6n \lt (n+3)^2\) 대소 증명 및 \(p_n = n+2, \; q_n = \sqrt{n^2+6n}-(n+2)\) 도출 (10점)
소문항 [1-ⅱ] \(h(0)\gt 0, h(1)\lt 0\) 및 대칭성을 이용해 자연수 해의 개수 \(a_n = 2n^2 - 1\) 유도 (5점)
소문항 [1-ⅱ] 거듭제곱 합 공식으로 \(\sum_{n=4}^{10} a_n = 2(385-14) - 7 = 735\) 산출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 합차공식으로 \(b_n = 2n-4\) 도출 및 부분분수 \(\frac{1}{n-3} - \frac{1}{n-2}\) 변형 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 망원급수 부분합 \(1 - \frac{1}{m-2} \ge \frac{11}{12}\)을 풀어 최솟값 \(m = 14\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제6회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅱ]에서 근의 공식으로 무리근을 직접 근사하려다 부등호 방향 근거가 부족하여 감점되는 사례가 많습니다.
• 방어 전략: 연속함수 \(h(x)\)의 경계 정수 함숫값 \(h(0)\gt 0, h(1)\lt 0\)과 대칭축 \(x=n^2\)을 이용하면 근의 공식 없이도 정확히 \(1 \le x \le 2n^2-1\)임을 논증할 수 있습니다.

【제6회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.28 탐구 4062 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.32 탐구 4062 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-05, 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] 거리 제곱 함수 \(D(t)\)의 미분을 통한 최단거리 점 \(P\) 및 최솟값 도출

점 \(A(4, -1)\)과 점 \(Q\left(t, \frac{1}{4}t^2\right)\) 사이의 거리의 제곱 \(D(t)\)는\[D(t) = (t - 4)^2 + \left(\frac{1}{4}t^2 + 1\right)^2 = \frac{1}{16}t^4 + \frac{3}{2}t^2 - 8t + 17\]입니다. 이를 \(t\)에 대하여 미분하여 인수분해하면\[D'(t) = \frac{1}{4}t^3 + 3t - 8 = \frac{1}{4}(t^3 + 12t - 32) = \frac{1}{4}(t - 2)(t^2 + 2t + 16)\]모든 실수 \(t\)에 대하여 \(t^2 + 2t + 16 = (t+1)^2 + 15 \gt 0\)이므로 \(D'(t) = 0\)의 유일한 실근은 \(t = 2\)입니다.
\(t \lt 2\)에서 \(D'(t) \lt 0\), \(t \gt 2\)에서 \(D'(t) \gt 0\)이므로 \(D(t)\)는 \(t = 2\)에서 극소이자 최소가 됩니다.
따라서 최단거리 점은 \(P(2, 1)\)이고, \(D(2) = (2-4)^2 + (1+1)^2 = 8\)이므로 선분 \(AQ\)의 길이의 최솟값은 \(2\sqrt{2}\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 직선 \(AP\)와 접선 \(\ell\)의 수직 증명 및 직선 \(R_1 R_2\) 방정식 도출

\(f(x) = \frac{1}{4}x^2\)에서 \(f'(x) = \frac{1}{2}x\)이므로 점 \(P(2, 1)\)에서의 접선 \(\ell\)의 기울기는 \(m_\ell = f'(2) = 1\)이고, 접선 \(\ell\)의 방정식은 \(y = x - 1\)입니다. 또한 직선 \(AP\)의 기울기는 \(m_{AP} = \dfrac{1 - (-1)}{2 - 4} = -1\)이므로 \(m_\ell \cdot m_{AP} = 1 \times (-1) = -1\)이 되어 두 직선은 서로 수직입니다.
한편 곡선 위의 접점을 \(\left(s, \frac{1}{4}s^2\right)\)이라 하면 접선 \(y - \frac{1}{4}s^2 = \frac{1}{2}s(x - s)\), 즉 \(y = \frac{1}{2}sx - \frac{1}{4}s^2\)이 점 \(A(4, -1)\)을 지나므로\[-1 = 2s - \frac{1}{4}s^2 \iff s^2 - 8s - 4 = 0\]두 근을 \(s_1, s_2\)라 하면 두 접점 \(R_1\left(s_1, \frac{1}{4}s_1^2\right), R_2\left(s_2, \frac{1}{4}s_2^2\right)\)은 모두 \(2s = \frac{1}{4}s^2 + 1\), 즉 \(y = 2x - 1\)을 만족하므로 직선 \(R_1 R_2\)의 방정식은 \(y = 2x - 1\)입니다.

【제6회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 삼각형 넓이 \(S_1\)과 곡선 및 직선으로 둘러싸인 넓이 \(S_2\) 계산

(1) 접선 \(\ell : y = x - 1\)의 \(y\)절편은 \((0, -1)\)이고, 법선 \(AP : y = -x + 3\)의 \(y\)절편은 \((0, 3)\)이며 두 직선의 교점은 \(P(2, 1)\)입니다.
따라서 \(y\)축 위의 밑변의 길이는 \(3 - (-1) = 4\)이고 높이는 \(P\)의 \(x\)좌표인 \(2\)이므로 삼각형의 넓이는 \(S_1 = \frac{1}{2} \times 4 \times 2 = 4\)입니다.
(2) 곡선 \(C : y = \frac{1}{4}x^2\)과 직선 \(R_1 R_2 : y = 2x - 1\)의 교점의 \(x\)좌표는 \(x^2 - 8x + 4 = 0\)의 두 실근 \(s_1 = 4 - 2\sqrt{3}, \; s_2 = 4 + 2\sqrt{3}\)이며 \(s_2 - s_1 = 4\sqrt{3}\)입니다.
따라서 둘러싸인 도형의 넓이 \(S_2\)는\[\begin{aligned} S_2 &= \int_{s_1}^{s_2} \left(2x - 1 - \frac{1}{4}x^2\right)dx = \frac{1}{4}\int_{s_1}^{s_2} -(x-s_1)(x-s_2)\,dx \\ &= \frac{1}{4} \cdot \frac{(s_2 - s_1)^3}{6} = \frac{(4\sqrt{3})^3}{24} = \frac{192\sqrt{3}}{24} = 8\sqrt{3} \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] \(D'(t) = \frac{1}{4}(t-2)(t^2+2t+16) = 0\) 인수분해 및 유일 극소점 \(t=2\) 규명 (6점)
소문항 [2-ⅰ] 최단거리 점 \(P(2,1)\)과 최솟값 \(\overline{AP} = 2\sqrt{2}\) 정확 산출 (6점)
소문항 [2-ⅱ] \(m_\ell = 1, \; m_{AP} = -1\)로부터 기울기 곱 \(m_\ell m_{AP} = -1\) 수직 증명 (7점)
소문항 [2-ⅱ] 접점 방정식 \(s^2 - 8s - 4 = 0\) 도출 및 직선 \(R_1 R_2 : y = 2x - 1\) 유도 (7점)
소문항 [2-ⅲ] \(y\)절편 \((0,-1), (0,3)\)과 교점 \(P(2,1)\)을 이용해 \(S_1 = 4\) 산출 (6점)
소문항 [2-ⅲ] 두 근의 차 \(s_2 - s_1 = 4\sqrt{3}\) 및 정적분 계산으로 \(S_2 = 8\sqrt{3}\) 완결 (8점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제6회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅱ]에서 두 접점 \(R_1, R_2\)의 좌표를 무리수로 직접 대입해 기울기를 구하려다 계산 실수를 범하는 경우가 많습니다.
• 방어 전략: 접점 조건식 \(\frac{1}{4}s^2 = 2s - 1\)에서 점 \(\left(s, \frac{1}{4}s^2\right)\)이 일차식 \(y = 2x - 1\) 위에 있음을 이용하면 무리수 계산 없이 즉시 직선의 방정식을 얻을 수 있습니다.

【제6회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.9 탐구 4063 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통03-02]
Step 1 [문제 3-ⅰ] 사건 \(E\)의 확률과 조건부확률 \(P(A|E)\) 도출

주사위를 던져 \(3\)의 배수가 나올 확률은 \(P(A) = \frac{2}{6} = \frac{1}{3}\)이고, \(3\)의 배수가 아닐 확률은 \(P(B) = \frac{2}{3}\)입니다.
각 주머니에서 공 \(2\)개를 꺼낼 때 전체 경우의 수는 \({}_5\mathrm{C}_2 = 10\)이며, 흰 공 1개와 검은 공 1개가 나올 조건부확률은\[P(E|A) = \frac{{}_3\mathrm{C}_1 \times {}_2\mathrm{C}_1}{{}_5\mathrm{C}_2} = \frac{6}{10} = \frac{3}{5}, \quad P(E|B) = \frac{{}_2\mathrm{C}_1 \times {}_3\mathrm{C}_1}{{}_5\mathrm{C}_2} = \frac{6}{10} = \frac{3}{5}\]입니다. 따라서 제시문 <1>에 의하여\[P(E) = P(A)P(E|A) + P(B)P(E|B) = \frac{1}{3} \times \frac{3}{5} + \frac{2}{3} \times \frac{3}{5} = \frac{3}{5}\]이며, 구하는 조건부확률은 \(P(A|E) = \dfrac{P(A)P(E|A)}{P(E)} = \dfrac{\frac{1}{5}}{\frac{3}{5}} = \dfrac{1}{3}\)입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 흰 공의 개수 \(X\)의 확률분포 및 기댓값·분산 계산

\(X\)가 가질 수 있는 값은 \(0, 1, 2\)입니다. 각 확률을 계산하면
• \(P(X=0) = \frac{1}{3} \cdot \frac{{}_2\mathrm{C}_2}{10} + \frac{2}{3} \cdot \frac{{}_3\mathrm{C}_2}{10} = \frac{1}{30} + \frac{6}{30} = \frac{7}{30}\)
• \(P(X=1) = P(E) = \frac{3}{5} = \frac{18}{30}\)
• \(P(X=2) = \frac{1}{3} \cdot \frac{{}_3\mathrm{C}_2}{10} + \frac{2}{3} \cdot \frac{{}_2\mathrm{C}_2}{10} = \frac{3}{30} + \frac{2}{30} = \frac{5}{30}\)
따라서 기댓값과 제곱의 기댓값, 분산은\[\begin{aligned} E(X) &= 0 \cdot \frac{7}{30} + 1 \cdot \frac{18}{30} + 2 \cdot \frac{5}{30} = \frac{28}{30} = \frac{14}{15}, \\ E(X^2) &= 0^2 \cdot \frac{7}{30} + 1^2 \cdot \frac{18}{30} + 2^2 \cdot \frac{5}{30} = \frac{38}{30} = \frac{19}{15}, \\ V(X) &= \frac{19}{15} - \left(\frac{14}{15}\right)^2 = \frac{285 - 196}{225} = \frac{89}{225} \end{aligned}\]입니다.

【제6회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 독립 반복 시행 합 \(S_n\)의 분산 비율과 자연수 \(n\)의 최솟값 결정

\(n\)회의 독립 반복 시행에서 각 시행의 흰 공 개수를 \(X_1, X_2, \dots, X_n\)이라 하면 \(S_n = \sum_{i=1}^n X_i\)이고 서로 독립이므로\[E(S_n) = n E(X) = \frac{14}{15}n, \quad V(S_n) = n V(X) = \frac{89}{225}n\]입니다. 따라서 주어진 비율은\[\frac{V(S_n)}{\{E(S_n)\}^2} = \frac{\frac{89}{225}n}{\frac{196}{225}n^2} = \frac{89}{196n}\]입니다. 부등식 \(\dfrac{89}{196n} \le \dfrac{1}{56}\)의 양변에 \(196n\)을 곱하여 정리하면\[89 \le \frac{196}{56}n = \frac{7}{2}n \iff 7n \ge 178 \iff n \ge \frac{178}{7} = 25.42\cdots\]이므로 이를 만족시키는 자연수 \(n\)의 최솟값은 \(26\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] \(P(A)=\frac{1}{3}, P(B)=\frac{2}{3}\) 및 \(P(E)=\frac{3}{5}, \; P(A|E)=\frac{1}{3}\) 정확 도출 (10점)
소문항 [3-ⅱ] \(P(X=0)=\frac{7}{30}, P(X=1)=\frac{18}{30}, P(X=2)=\frac{5}{30}\) 분포 도출 (5점)
소문항 [3-ⅱ] \(E(X)=\frac{14}{15}, \; E(X^2)=\frac{19}{15}, \; V(X)=\frac{89}{225}\) 정확 산출 (5점)
소문항 [3-ⅲ] 독립 합 성질로 \(E(S_n)=\frac{14}{15}n, \; V(S_n)=\frac{89}{225}n\) 및 비율 \(\frac{89}{196n}\) 유도 (5점)
소문항 [3-ⅲ] 부등식 \(7n \ge 178\)을 풀어 자연수 \(n\)의 최솟값 \(26\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제6회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅱ]에서 비복원 동시 추출을 복원 추출(이항분포)로 오인하여 \(np, npq\) 공식을 적용하면 0점 처리됩니다.
• 방어 전략: 주머니에서 \(2\)개를 동시에 꺼내는 비복원 추출은 조합 \({}_5\mathrm{C}_2 = 10\)을 분모로 하는 초기하분포이므로 반드시 \(X=0,1,2\)의 확률을 각각 구해야 합니다.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드 [제7회]
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값·평균값 정리, 수학적 귀납법, 조건부확률·베이즈 정리 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 미분가능성, 귀납 가정, 배반 분할 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·대수 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
무리식·로그·삼각함수 및 도형의 기하적 성질로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 미적분Ⅰ 다항함수의 접선·극값 및 구간별 정적분 (25% 비중)
이중접선·법선의 직교성, 정적분으로 정의된 함수의 극대·극소, 절댓값 다항함수의 미분가능성과 구간 분리 정적분 계산을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·기댓값·분산 및 통계적 추정 (20% 비중)
단계별 비복원 추출의 사후확률, 이산확률변수의 기댓값·분산, 표본평균과 모비율의 신뢰구간 추정식을 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 제7회 수험생 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 약수 지수 범위(0 포함 여부) 누락: \(18^n\)의 전체 약수는 \(0 \le i \le n, \; 0 \le j \le 2n\)으로 \((n+1)(2n+1)\)개이나, \(12 = 2^2 \cdot 3\)의 배수인 약수는 \(2 \le i \le n, \; 1 \le j \le 2n\)임을 구분해야 합니다.
[함정 2] 곡선과 접선 사이 정적분 부호 오류: 이차곡선 \(y = x^2 - 2x\)와 접선 \(y = 2x - 4\)의 차는 \((x-2)^2 \ge 0\)으로 접점 전후에서 부호가 바뀌지 않음을 명시하십시오.
[함정 3] 두 독립 확률변수 선형결합 분산 계수 제곱 누락: \(V(tX + (1-t)Y) = t^2 V(X) + (1-t)^2 V(Y)\)에서 제곱을 빠뜨리지 않도록 주의하십시오.
📊 2022 개정 교육과정 핵심 4대 과목(공통수학 · 대수 · 미적분Ⅰ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제7회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제7회
[실전모의]
[문제 1] 공통수학, 대수 \(18^n\)의 약수 집합과 \(12\)의 배수 약수들의 로그 지수 합 \(a_n, b_n, S_n\) 및 망원급수 (2025 기출 1번 변형) 30점 상
[문제 2] 미적분Ⅰ (수학Ⅱ) 포물선 \(y=x^2-2x\)와 직선 \(y=2x-5\) 사이의 최단거리, 내접 삼각형 넓이 최댓값 및 정적분 (2025 기출 2번 변형) 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 독립인 두 이산확률변수 \(X, Y\)의 분포 결정과 선형결합 \(Z_t = tX + (1-t)Y\)의 분산 최소화 (2025 기출 3번 변형) 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 제7회 출제 원칙 및 합격 전략
1. 2025학년도 1교시 본고사 1:1 정밀 매핑: 제7회 모의고사는 2025 성균관대 1교시 기출의 3대 핵심 문항(\(18^n\)의 양의 약수 집합과 로그 이중 시그마 수열 합, 포물선 위의 동점과 직선 사이의 거리 및 삼각형 넓이 최대화, 두 이산확률변수의 분포 대칭성과 선형결합 분산 최소화)을 정밀 재구성했습니다.
2. 소인수분해 격자 곱셈표와 로그의 성질: [문제 1]에서는 \(18^n = 2^n \cdot 3^{2n}\)의 약수를 \(2^i 3^j\)로 표기하여 \(\log_2\) 지수 합을 이중 시그마로 분리하는 논증력을 평가합니다.
3. 포물선 평행접선과 내접 도형 넓이 극대화: [문제 2]에서는 직선과 평행한 접선의 접점에서 최단거리가 발생함을 보이고 도형의 넓이를 이차·삼차함수 미분으로 최대화합니다.

【제7회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 대수 Ⅰ-1. 지수와 로그 (DB: ALG_Ch01_01) PDF p.18 탐구 4071 변형 / 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.9 탐구 4071 변형 | 성취기준: 12대수01-04, 12대수03-04]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 약수의 개수 \(a_n, b_n\)의 일반항 도출 및 부분분수 합 계산

\(18^n = (2 \cdot 3^2)^n = 2^n \cdot 3^{2n}\)이므로 \(U_n\)의 원소는 \(x = 2^i \cdot 3^j\) (\(0 \le i \le n, \; 0 \le j \le 2n\))입니다.
따라서 전체 약수의 개수는 \(a_n = (n+1)(2n+1) = 2n^2 + 3n + 1\)입니다.
한편 \(12 = 2^2 \cdot 3^1\)의 배수가 되려면 \(2 \le i \le n\) (\(n-1\)가지)이고 \(1 \le j \le 2n\) (\(2n\)가지)이어야 하므로\[b_n = 2n(n-1) = 2n^2 - 2n\]입니다. 따라서 \(\dfrac{2}{b_n} = \dfrac{1}{(n-1)n} = \dfrac{1}{n-1} - \dfrac{1}{n}\)이므로\[\sum_{n=2}^{10} \frac{2}{b_n} = \sum_{n=2}^{10} \left(\frac{1}{n-1} - \frac{1}{n}\right) = 1 - \frac{1}{10} = \frac{9}{10}\]입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] \(D_n\)의 원소에 대한 \(f(x)=i\)의 이중합 \(S_n\) 도출 및 \(S_5\) 계산

집합 \(D_n = \{2^i \cdot 3^j \mid 2 \le i \le n, \; 1 \le j \le 2n\}\)에서 각 \(i \in \{2, 3, \dots, n\}\)에 대응하는 \(j \in \{1, 2, \dots, 2n\}\)는 \(2n\)개씩 존재합니다.
따라서 \(S_n\)을 이중 시그마로 계산하면\[\begin{aligned} S_n &= \sum_{j=1}^{2n} \sum_{i=2}^{n} i = 2n \left(\sum_{i=1}^{n} i - 1\right) = 2n \left\{\frac{n(n+1)}{2} - 1\right\} \\ &= n(n^2 + n - 2) = n(n-1)(n+2) \end{aligned}\]입니다. 여기에 \(n = 5\)를 대입하면 \(S_5 = 5 \times 4 \times 7 = 140\)입니다.

【제7회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 부분분수 망원급수 소거를 통한 자연수 \(m\)의 최솟값 도출

(1-ⅰ)의 \(b_n = 2n(n-1)\)과 (1-ⅱ)의 \(S_n = n(n-1)(n+2)\)를 대입하면 \(2n(n-1)\)이 약분되어\[\frac{b_n}{2 S_n (n+3)} = \frac{2n(n-1)}{2n(n-1)(n+2)(n+3)} = \frac{1}{(n+2)(n+3)} = \frac{1}{n+2} - \frac{1}{n+3}\]입니다. 따라서 \(n=2\)부터 \(m\)까지의 부분합은\[\sum_{n=2}^{m} \left(\frac{1}{n+2} - \frac{1}{n+3}\right) = \left(\frac{1}{4} - \frac{1}{5}\right) + \left(\frac{1}{5} - \frac{1}{6}\right) + \cdots + \left(\frac{1}{m+2} - \frac{1}{m+3}\right) = \frac{1}{4} - \frac{1}{m+3}\]입니다. 주어진 부등식 \(\dfrac{1}{4} - \dfrac{1}{m+3} \ge \dfrac{7}{36}\)을 정리하면\[\frac{1}{m+3} \le \frac{1}{4} - \frac{7}{36} = \frac{2}{36} = \frac{1}{18} \iff m + 3 \ge 18 \iff m \ge 15\]이므로 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(15\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] \(a_n = (n+1)(2n+1), \; b_n = 2n(n-1)\) 도출 및 \(\sum_{n=2}^{10} \frac{2}{b_n} = \frac{9}{10}\) 산출 (10점)
소문항 [1-ⅱ] 지수 범위 \(2 \le i \le n, \; 1 \le j \le 2n\) 분리 및 \(S_n = n(n-1)(n+2)\) 유도 (6점)
소문항 [1-ⅱ] \(n=5\)를 대입하여 \(S_5 = 140\) 정확 계산 (4점)
소문항 [1-ⅲ] 일반항 \(\frac{b_n}{2S_n(n+3)} = \frac{1}{n+2} - \frac{1}{n+3}\) 및 부분합 \(\frac{1}{4} - \frac{1}{m+3}\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 부등식 \(m+3 \ge 18\)을 풀어 최솟값 \(m = 15\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제7회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅱ]에서 \(\sum_{i=2}^n i\)를 계산할 때 \(i=1\) 항을 빼지 않고 \(\frac{n(n+1)}{2}\)을 그대로 곱하면 일반항 인수분해가 깨져 [1-ⅲ]까지 연쇄 감점됩니다.
• 방어 전략: \(\sum_{i=2}^n i = \frac{n(n+1)}{2} - 1 = \frac{(n-1)(n+2)}{2}\) 공식을 먼저 인수분해 형태로 정리한 뒤 대입하십시오.

【제7회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.30 탐구 4072 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.34 탐구 4072 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-05, 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] 최단거리 점 \(P_0\)의 좌표, 최단거리 \(d_{\min}\), 평행접선 \(\ell_0\) 도출

\(f(x) = x^2 - 2x\)에서 \(f'(x) = 2x - 2\)입니다. 직선 \(\ell : 2x - y - 5 = 0\)과 평행한 접선의 접점 \(P_0(t, t^2-2t)\)에서는 \(f'(t) = 2t - 2 = 2\)이므로 \(t = 2\)이고, \(P_0(2, 0)\)입니다.
실제로 임의의 점 \(P(t, t^2-2t)\)에서 직선 \(2x - y - 5 = 0\)까지의 거리는\[d(t) = \frac{|2t - (t^2 - 2t) - 5|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2}} = \frac{t^2 - 4t + 5}{\sqrt{5}} = \frac{(t-2)^2 + 1}{\sqrt{5}}\]이므로 \(t = 2\), 즉 \(P_0(2, 0)\)에서 최단거리 \(d_{\min} = \dfrac{1}{\sqrt{5}} = \dfrac{\sqrt{5}}{5}\)를 가집니다.
또한 점 \(P_0(2, 0)\)에서의 접선 \(\ell_0\)의 방정식은 \(y - 0 = 2(x - 2) \iff y = 2x - 4\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 구간 \((0, 3)\)에서 삼각형 \(ABP\)의 넓이 \(S(t)\)의 최댓값 도출

두 점 \(A(-1, 3), B(3, 3)\)을 잇는 선분 \(AB\)는 직선 \(y = 3\) 위에 있으며 길이는 \(\overline{AB} = 3 - (-1) = 4\)입니다.
\(0 \lt t \lt 3\)일 때 점 \(P(t, t^2-2t)\)의 \(y\)좌표는 \(t^2 - 2t \lt 3\)이므로, 점 \(P\)에서 직선 \(y = 3\)까지의 거리(삼각형의 높이)는 \(h(t) = 3 - (t^2 - 2t) = -t^2 + 2t + 3\)입니다.
따라서 삼각형 \(ABP\)의 넓이 \(S(t)\)는\[S(t) = \frac{1}{2} \times 4 \times (-t^2 + 2t + 3) = -2t^2 + 4t + 6 = -2(t - 1)^2 + 8\]입니다. \(S'(t) = -4t + 4 = 0\)에서 \(t = 1 \in (0, 3)\)일 때 유일한 극대이자 최대가 되므로, \(t = 1\)일 때 최댓값 \(S(1) = 8\)을 가집니다.

【제7회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 포물선 \(C\)와 접선 \(\ell_0\) 및 \(x=0, x=3\)으로 둘러싸인 넓이 \(W\) 계산

포물선 \(C : y = x^2 - 2x\)와 접선 \(\ell_0 : y = 2x - 4\)의 차를 구하면\[(x^2 - 2x) - (2x - 4) = x^2 - 4x + 4 = (x - 2)^2 \ge 0\]이므로 구간 \([0, 3]\) 전체에서 포물선 \(C\)가 접선 \(\ell_0\)보다 위쪽에 있거나(\(x \ne 2\)) 접합니다(\(x = 2\)).
따라서 둘러싸인 도형의 넓이 \(W\)는 정적분으로 다음과 같이 계산됩니다.\[\begin{aligned} W &= \int_0^3 \left\{(x^2 - 2x) - (2x - 4)\right\}dx = \int_0^3 (x - 2)^2\,dx \\ &= \left[\frac{1}{3}(x - 2)^3\right]_0^3 = \frac{1}{3}\left\{1^3 - (-2)^3\right\} = \frac{1}{3}(1 + 8) = 3 \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] 접선 기울기 \(2t-2=2\) 또는 거리식 \(\frac{(t-2)^2+1}{\sqrt{5}}\)로부터 \(P_0(2,0)\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅰ] 최단거리 \(d_{\min} = \frac{\sqrt{5}}{5}\) 및 접선 \(\ell_0 : y = 2x - 4\) 산출 (6점)
소문항 [2-ⅱ] 밑변 \(\overline{AB}=4\)와 높이 \(3-(t^2-2t)\)로부터 \(S(t) = -2t^2+4t+6\) 수립 (7점)
소문항 [2-ⅱ] \(S'(t) = -4(t-1) = 0\) 극대 판정으로 \(t=1\)에서 최댓값 \(8\) 도출 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 피적분함수 \((x^2-2x)-(2x-4) = (x-2)^2 \ge 0\) 완전제곱식 변형 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 정적분 \(\int_0^3 (x-2)^2 dx = \left[\frac{1}{3}(x-2)^3\right]_0^3 = 3\) 완결 (7점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제7회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅲ]에서 접점 \(x=2\)를 기준으로 구간 \([0, 2]\)와 \([2, 3]\)에서 부호가 바뀌는 것으로 착각하여 뺄셈을 하면 오답이 됩니다.
• 방어 전략: 이차곡선과 접선의 차는 항상 완전제곱식 \((x-2)^2 \ge 0\)이 되어 접점 전후에서 부호가 바뀌지 않음을 명시하십시오.

【제7회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅲ-1. 이산확률변수의 기댓값과 분산 (DB: KICE_2028) PDF p.10 탐구 4073 변형 | 성취기준: 12확통03-01, 12확통03-02, 12확통03-03]
Step 1 [문제 3-ⅰ] 상수 \(p, q\)의 결정과 \(V(X), E(Y), V(Y)\) 산출

확률의 총합이 \(1\)이므로 \(p + \frac{1}{2} + q = 1 \iff p + q = \frac{1}{2}\)이고, \(E(X) = -p + q = \frac{1}{6}\)입니다.
두 식을 연립하면 \(q = \frac{1}{3}, \; p = \frac{1}{6}\)입니다. 따라서\[E(X^2) = (-1)^2 \cdot \frac{1}{6} + 0^2 \cdot \frac{1}{2} + 1^2 \cdot \frac{1}{3} = \frac{1}{2}, \quad V(X) = \frac{1}{2} - \left(\frac{1}{6}\right)^2 = \frac{17}{36}\]입니다. 한편 \(W \sim \mathrm{B}\left(2, \frac{1}{2}\right)\)이므로 \(E(W) = 1, \; V(W) = 2 \cdot \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{2}\)이며, \(Y = W - 1\)에서\[E(Y) = E(W) - 1 = 0, \quad V(Y) = V(W) = \frac{1}{2} = \frac{18}{36}\]입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 선형결합 \(Z_t = tX + (1-t)Y\)의 분산 최소화

\(X\)와 \(Y\)는 서로 독립이므로 제시문 <2>에 의하여\[V(Z_t) = t^2 V(X) + (1-t)^2 V(Y) = \frac{17}{36}t^2 + \frac{18}{36}(1 - 2t + t^2) = \frac{35}{36}t^2 - t + \frac{1}{2}\]입니다. 이를 완전제곱식으로 변형하면\[V(Z_t) = \frac{35}{36}\left(t - \frac{18}{35}\right)^2 + \frac{1}{2} - \frac{9}{35} = \frac{35}{36}\left(t - \frac{18}{35}\right)^2 + \frac{17}{70}\]이므로 \(t = \dfrac{18}{35} \in [0, 1]\)일 때 최솟값 \(\dfrac{17}{70}\)을 가집니다.

【제7회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 합 사건 \(X + Y = 1\)에 대한 조건부확률 \(P(X=1 \mid X+Y=1)\) 도출

\(W \sim \mathrm{B}\left(2, \frac{1}{2}\right)\)이므로 \(Y = W - 1\)의 확률분포는 \(P(Y=-1) = \frac{1}{4}, \; P(Y=0) = \frac{1}{2}, \; P(Y=1) = \frac{1}{4}\)입니다.
\(X, Y \in \{-1, 0, 1\}\)에서 \(X + Y = 1\)이 되는 순서쌍 \((X, Y)\)는 \((0, 1)\)과 \((1, 0)\)의 두 가지뿐입니다.
\(X\)와 \(Y\)가 서로 독립이므로 각 순서쌍의 확률은\[\begin{aligned} P(X=0, Y=1) &= P(X=0)P(Y=1) = \frac{1}{2} \times \frac{1}{4} = \frac{1}{8} = \frac{3}{24}, \\ P(X=1, Y=0) &= P(X=1)P(Y=0) = \frac{1}{3} \times \frac{1}{2} = \frac{1}{6} = \frac{4}{24} \end{aligned}\]입니다. 따라서 \(P(X+Y=1) = \frac{3}{24} + \frac{4}{24} = \frac{7}{24}\)이며, 구하는 조건부확률은\[P(X=1 \mid X+Y=1) = \frac{P(X=1, Y=0)}{P(X+Y=1)} = \frac{\frac{4}{24}}{\frac{7}{24}} = \frac{4}{7}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] 연립방정식으로 \(p=\frac{1}{6}, q=\frac{1}{3}\) 및 \(V(X)=\frac{17}{36}, E(Y)=0, V(Y)=\frac{1}{2}\) 도출 (10점)
소문항 [3-ⅱ] 독립 성질로 \(V(Z_t) = \frac{35}{36}t^2 - t + \frac{1}{2}\) 이차함수 식 유도 (5점)
소문항 [3-ⅱ] 꼭짓점 \(t = \frac{18}{35}\)에서 최솟값 \(\frac{17}{70}\) 정확 산출 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(X+Y=1\)을 \((0,1), (1,0)\)으로 분할하여 \(P(X+Y=1) = \frac{7}{24}\) 계산 (5점)
소문항 [3-ⅲ] 조건부확률 \(P(X=1 \mid X+Y=1) = \frac{4}{7}\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제7회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅱ]에서 \(V(tX + (1-t)Y)\)를 \(tV(X) + (1-t)V(Y)\)로 적으면 분산의 성질을 오용한 것으로 큰 감점을 받습니다.
• 방어 전략: 상수배 분산 공식 \(V(cX) = c^2 V(X)\)에 의해 계수 \(t\)와 \(1-t\)가 각각 제곱되어 곱해진다는 점을 반드시 명시하십시오.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드 [제8회]
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값·평균값 정리, 수학적 귀납법, 조건부확률·베이즈 정리 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 미분가능성, 귀납 가정, 배반 분할 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·대수 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
무리식·로그·삼각함수 및 도형의 기하적 성질로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 미적분Ⅰ 다항함수의 접선·극값 및 구간별 정적분 (25% 비중)
이중접선·법선의 직교성, 정적분으로 정의된 함수의 극대·극소, 절댓값 다항함수의 미분가능성과 구간 분리 정적분 계산을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·기댓값·분산 및 통계적 추정 (20% 비중)
단계별 비복원 추출의 사후확률, 이산확률변수의 기댓값·분산, 표본평균과 모비율의 신뢰구간 추정식을 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 제8회 수험생 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 평행선 사이 거리 공식 분모 누락: 두 직선 \(x - y + 2n = 0\)과 \(x - y - n = 0\) 사이의 거리는 \(3n\)이 아니라 \(\frac{3n}{\sqrt{2}}\)입니다.
[함정 2] 코사인법칙 둔각(\(120^\circ\)) 부호 실수: \(\cos 120^\circ = -\frac{1}{2}\)이므로 \(c^2 = a^2 + b^2 + ab\)가 됨에 유의하십시오.
[함정 3] 모비율 신뢰구간 길이 공식에서 \(2\) 누락: 신뢰구간 \([\hat{p}-c, \hat{p}+c]\)의 길이는 \(2c = 2 \times 1.96\sqrt{\hat{p}(1-\hat{p})/n}\)입니다.
📊 2022 개정 교육과정 핵심 4대 과목(공통수학 · 대수 · 미적분Ⅰ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제8회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제8회
[실전모의]
[문제 1] 대수 평행선 \(y=x+2n, y=x-n\) 위의 정삼각형 최소 넓이 \(S_n\), 코사인법칙 및 망원급수 (2024 기출 1번 변형) 30점 상
[문제 2] 미적분Ⅰ (수학Ⅱ) 구간별 이차함수에 원점에서 그은 공통 접선 \(y=2x\), 넓이 불변성 및 정적분 합 (2024 기출 2번 변형) 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 표본공간 분할 조건부확률 연립방정식과 표본비율 \(\hat{p}\)을 이용한 모비율 \(95\%\) 신뢰구간 추정 (2024 기출 3번 변형) 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 제8회 출제 원칙 및 합격 전략
1. 2024학년도 1교시 본고사 1:1 정밀 매핑 + 2022 개정 모비율 추정 결합: 제8회 모의고사는 2024 성균관대 1교시 기출의 3대 핵심 문항(평행한 두 직선 위의 정삼각형 넓이 수열과 코사인법칙, 구간별 대칭 함수의 원점 접선과 정적분 넓이, 표본공간 분할 조건부확률 연립방정식)에 2022 개정 교육과정에서 재도입된 모비율 신뢰구간(`12확통03-06`)을 결합했습니다.
2. 평행선 사이의 거리와 정삼각형 높이 공식: [문제 1]에서는 두 평행선 사이의 최단거리가 정삼각형의 높이 \(h_n = \frac{\sqrt{3}}{2}\ell_n\)이 될 때 한 변의 길이 \(\ell_n\)과 넓이 \(S_n\)이 최소가 됨을 논증합니다.
3. 구간별 평행이동 이차함수의 공통 원점 접선과 넓이 불변성: [문제 2]에서는 원점에서 그은 접선이 모든 \(n\)에 대하여 \(y = 2x\)로 동일함을 증명하고 정적분 넓이를 도출합니다.

【제8회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 대수 Ⅱ-2. 사인법칙과 코사인법칙 (DB: ALG_Ch02_01) PDF p.32 탐구 4081 변형 / 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.11 탐구 4081 변형 | 성취기준: 12대수02-03, 12대수03-04]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 두 평행선 사이의 거리 \(d_n\)과 정삼각형의 넓이 \(S_n\) 도출

두 직선 \(\ell_1 : x - y + 2n = 0\)과 \(\ell_2 : x - y - n = 0\) 사이의 거리 \(d_n\)은 정삼각형 \(A_n B_n C_n\)의 높이와 같으므로\[d_n = \frac{|2n - (-n)|}{\sqrt{1^2 + (-1)^2}} = \frac{3n}{\sqrt{2}}\]입니다. 정삼각형의 높이 공식 \(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\ell_n = d_n = \dfrac{3n}{\sqrt{2}}\)으로부터 한 변의 길이와 넓이는\[\ell_n = \sqrt{6}\,n, \quad S_n = \frac{\sqrt{3}}{4}\ell_n^2 = \frac{3\sqrt{3}}{2}n^2\]입니다. 따라서 구하는 합은\[\sum_{n=1}^{8} \frac{S_n}{\sqrt{3}} = \frac{3}{2}\sum_{n=1}^{8} n^2 = \frac{3}{2} \times \frac{8 \times 9 \times 17}{6} = \frac{3}{2} \times 204 = 306\]입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 코사인법칙과 사인법칙을 이용한 \(\overline{A_n D_n}\) 및 외접원 반지름 \(R_n\) 유도

삼각형 \(A_n C_n D_n\)에서 \(\overline{A_n C_n} = \ell_n = \sqrt{6}\,n\), \(\overline{C_n D_n} = \frac{1}{2}\ell_n = \frac{\sqrt{6}}{2}n\)이고, 정삼각형의 외각이므로 \(\angle A_n C_n D_n = 180^\circ - 60^\circ = 120^\circ\)입니다.
제시문 <1>의 코사인법칙을 적용하면 (\(\cos 120^\circ = -\frac{1}{2}\))\[\overline{A_n D_n}^2 = \ell_n^2 + \left(\frac{1}{2}\ell_n\right)^2 - 2\ell_n\left(\frac{1}{2}\ell_n\right)\left(-\frac{1}{2}\right) = \frac{7}{4}\ell_n^2 = \frac{7}{4} \times 6n^2 = \frac{21}{2}n^2\]이므로 \(\overline{A_n D_n} = \dfrac{\sqrt{42}}{2}n\)입니다.
또한 삼각형 \(A_n C_n D_n\)에 사인법칙을 적용하면 (\(\sin 120^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2}\))\[2R_n = \frac{\overline{A_n D_n}}{\sin 120^\circ} = \frac{\frac{\sqrt{42}}{2}n}{\frac{\sqrt{3}}{2}} = \sqrt{14}\,n \implies R_n = \frac{\sqrt{14}}{2}n\]입니다.

【제8회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] \(R_n\)의 역수 곱 망원급수 소거를 통한 자연수 \(m\)의 최솟값 도출

(1-ⅱ)에서 \(R_n = \dfrac{\sqrt{14}}{2}n\)이므로 \(R_n R_{n+1} = \dfrac{14}{4}n(n+1) = \dfrac{7}{2}n(n+1)\)입니다.
따라서 주어진 급수의 일반항은\[\frac{7}{R_n R_{n+1}} = \frac{7}{\frac{7}{2}n(n+1)} = \frac{2}{n(n+1)} = 2\left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+1}\right)\]입니다. 제\(m\)항까지의 부분합을 망원급수로 소거하면\[\sum_{n=1}^{m} \frac{7}{R_n R_{n+1}} = 2\sum_{n=1}^{m} \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+1}\right) = 2\left(1 - \frac{1}{m+1}\right)\]입니다. 부등식 \(2\left(1 - \dfrac{1}{m+1}\right) \ge \dfrac{15}{8}\)을 정리하면\[1 - \frac{1}{m+1} \ge \frac{15}{16} \iff \frac{1}{m+1} \le \frac{1}{16} \iff m + 1 \ge 16 \iff m \ge 15\]이므로 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(15\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] \(d_n = \frac{3n}{\sqrt{2}}, \; \ell_n = \sqrt{6}n, \; S_n = \frac{3\sqrt{3}}{2}n^2\) 도출 및 합 \(306\) 산출 (10점)
소문항 [1-ⅱ] \(\angle A_n C_n D_n = 120^\circ\) 코사인법칙으로 \(\overline{A_n D_n} = \frac{\sqrt{42}}{2}n\) 유도 (5점)
소문항 [1-ⅱ] 사인법칙을 적용하여 외접원 반지름 \(R_n = \frac{\sqrt{14}}{2}n\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] \(\frac{7}{R_n R_{n+1}} = 2\left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+1}\right)\) 변형 및 부분합 \(2\left(1 - \frac{1}{m+1}\right)\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 부등식 \(m+1 \ge 16\)을 풀어 최솟값 \(m = 15\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제8회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅱ]에서 \(\angle A_n C_n D_n\)을 내각 \(60^\circ\)로 잘못 대입하여 \(\cos 60^\circ = \frac{1}{2}\)을 쓰면 \(\overline{A_n D_n}\)과 \(R_n\)이 모두 틀리게 됩니다.
• 방어 전략: 점 \(C_n\)이 선분 \(B_n D_n\) 위에 있으므로 \(\angle A_n C_n D_n\)은 정삼각형 내각 \(60^\circ\)의 외각인 \(120^\circ\)임을 반드시 먼저 명시하십시오.

【제8회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.32 탐구 4082 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.36 탐구 4082 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-05, 12미적Ⅰ-03-05]
Step 1 [문제 2-ⅰ] 접점 \(s_n = 2n+1\) 도출 및 공통 접선 \(y = 2x\) 증명

\(f_n(x) = x^2 - 4nx + 4n^2 + 4n + 1\)이고 \(f_n'(x) = 2x - 4n\)입니다.
제시문 <1>에 의하여 원점을 지나는 접선의 접점 \(s_n \in [2n-1, 2n+1]\)은 방정식 \(f_n(s) = s f_n'(s)\)를 만족하므로\[s^2 - 4ns + 4n^2 + 4n + 1 = s(2s - 4n) \iff s^2 = (2n + 1)^2\]\(s_n \gt 0\)이므로 \(s_n = 2n + 1 \in [2n-1, 2n+1]\)입니다.
그때의 접점 좌표는 \(P_n(2n+1, 4n+2)\)이고 접선의 기울기는 \(f_n'(2n+1) = 2(2n+1) - 4n = 2\)이므로, 접선 \(\ell_n\)의 방정식은 \(y = 2x\)로서 자연수 \(n\)에 관계없이 항상 동일합니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 곡선 \(y=f_n(x)\)와 접선 \(y=2x\) 및 \(x=2n-1\)로 둘러싸인 넓이 \(A_n\) 불변성 증명

곡선 \(y = f_n(x)\)와 직선 \(y = 2x\)의 차를 정리하면\[f_n(x) - 2x = x^2 - 2(2n+1)x + (2n+1)^2 = \{x - (2n+1)\}^2 \ge 0\]입니다. 따라서 구간 \([2n-1, 2n+1]\)에서 둘러싸인 넓이 \(A_n\)은\[\begin{aligned} A_n &= \int_{2n-1}^{2n+1} \{x - (2n+1)\}^2\,dx = \left[\frac{1}{3}\{x - (2n+1)\}^3\right]_{2n-1}^{2n+1} \\ &= 0 - \frac{1}{3}(-2)^3 = \frac{8}{3} \end{aligned}\]으로서 자연수 \(n\)의 값에 관계없이 항상 \(\dfrac{8}{3}\)으로 일정합니다.

【제8회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 정적분 \(I_n\)의 일반항 유도와 \(\sum_{n=1}^6 I_n\) 계산

\(f_n(x) = \{f_n(x) - 2x\} + 2x\)이므로 정적분 \(I_n\)은 (2-ⅱ)의 넓이 \(A_n = \frac{8}{3}\)과 직선 \(y = 2x\) 아래의 사다리꼴 넓이의 합과 같습니다.\[\begin{aligned} I_n &= \int_{2n-1}^{2n+1} \{f_n(x) - 2x\}\,dx + \int_{2n-1}^{2n+1} 2x\,dx \\ &= \frac{8}{3} + \left[x^2\right]_{2n-1}^{2n+1} = \frac{8}{3} + \left\{(2n+1)^2 - (2n-1)^2\right\} = 8n + \frac{8}{3} \end{aligned}\]따라서 \(n=1\)부터 \(6\)까지의 합은\[\sum_{n=1}^{6} I_n = 8\sum_{n=1}^{6} n + \sum_{n=1}^{6} \frac{8}{3} = 8 \times \frac{6 \times 7}{2} + 6 \times \frac{8}{3} = 168 + 16 = 184\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] \(f_n(s) = sf_n'(s)\)로부터 \(s_n = 2n+1\) 도출 및 공통 접선 \(y = 2x\) 증명 (12점)
소문항 [2-ⅱ] \(f_n(x) - 2x = (x - 2n - 1)^2\) 완전제곱식 인수분해 도출 (7점)
소문항 [2-ⅱ] 정적분 계산으로 \(n\)에 무관한 일정한 넓이 \(A_n = \frac{8}{3}\) 산출 (7점)
소문항 [2-ⅲ] \(I_n = A_n + \int_{2n-1}^{2n+1} 2x\,dx = 8n + \frac{8}{3}\) 일차식 유도 (7점)
소문항 [2-ⅲ] \(\sum_{n=1}^6 I_n = 168 + 16 = 184\) 정확 계산 (7점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제8회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅱ], [2-ⅲ]에서 \((x-2n)^2 + 4n + 1\)을 그대로 전개하여 \(2n+1\)과 \(2n-1\)의 세제곱 차를 계산하다가 부호·계수 실수를 범하는 경우가 많습니다.
• 방어 전략: \(f_n(x) - 2x = (x - (2n+1))^2\) 항등식을 활용하면 평행이동 치환만으로 암산 수준의 정확한 정적분이 가능합니다.

【제8회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-2. 모비율의 추정 (DB: KICE_2028) PDF p.11 탐구 4083 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통03-06]
Step 1 [문제 3-ⅰ] \(P(A \cap B), P(A), P(B)\)의 값 도출

표본공간에서 합집합 \(A \cup B\)는 서로 배반인 세 사건 \(A \cap B^c\), \(A^c \cap B\), \(A \cap B\)의 합사건이므로\[P(A \cup B) = P(A \cap B^c) + P(A^c \cap B) + P(A \cap B)\]입니다. 조건 (가)의 \(P(A \cup B) = \frac{1}{2} = \frac{10}{20}\)과 조건 (다)의 \(P(A \cap B^c) + P(A^c \cap B) = \frac{7}{20}\)을 대입하면\[P(A \cap B) = \frac{10}{20} - \frac{7}{20} = \frac{3}{20}\]입니다. 이제 조건 (나)의 조건부확률 정의를 적용하면\[P(B|A) = \frac{P(A \cap B)}{P(A)} = \frac{2}{5} \implies P(A) = \frac{5}{2} \times \frac{3}{20} = \frac{3}{8}\]\[P(A|B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)} = \frac{1}{2} \implies P(B) = 2 \times \frac{3}{20} = \frac{3}{10}\]입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 조건부확률 \(P(A \cap B^c \mid A \cup B)\) 계산

\(A \cap B^c \subset A \cup B\)이므로 \((A \cap B^c) \cap (A \cup B) = A \cap B^c\)입니다.
(3-ⅰ)에서 구한 값으로부터\[P(A \cap B^c) = P(A) - P(A \cap B) = \frac{3}{8} - \frac{3}{20} = \frac{15 - 6}{40} = \frac{9}{40}\]입니다. 따라서 구하는 조건부확률은\[P(A \cap B^c \mid A \cup B) = \frac{P(A \cap B^c)}{P(A \cup B)} = \frac{\frac{9}{40}}{\frac{1}{2}} = \frac{9}{20}\]입니다.

【제8회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 표본비율 \(\hat{p} = \frac{3}{10}\)을 이용한 모비율 신뢰구간 길이 부등식 풀이

문제 조건에 의하여 표본비율은 \(\hat{p} = P(B) = \dfrac{3}{10} = 0.3\)이고, \(\hat{q} = 1 - \hat{p} = \dfrac{7}{10} = 0.7\)입니다.
제시문 <2>에 의하여 모비율 \(p\)에 대한 신뢰도 \(95\%\)의 신뢰구간 \([a, b]\)의 길이 \(b - a\)는\[b - a = 2 \times 1.96\sqrt{\frac{\hat{p}\hat{q}}{n}} = 3.92\sqrt{\frac{0.21}{n}}\]입니다. 부등식 \(3.92\sqrt{\dfrac{0.21}{n}} \le 0.049\)에서 \(\dfrac{3.92}{0.049} = \dfrac{3920}{49} = 80\)이므로\[80\sqrt{\frac{21}{100n}} \le 1 \iff 8\sqrt{\frac{21}{n}} \le 1 \iff \frac{64 \times 21}{n} \le 1 \iff n \ge 1344\]입니다. 따라서 자연수 \(n\)의 최솟값은 \(1344\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] \(P(A\cup B)\) 분할로 \(P(A\cap B) = \frac{3}{20}\) 및 \(P(A)=\frac{3}{8}, P(B)=\frac{3}{10}\) 도출 (10점)
소문항 [3-ⅱ] \(P(A \cap B^c) = \frac{3}{8} - \frac{3}{20} = \frac{9}{40}\) 계산 (5점)
소문항 [3-ⅱ] 조건부확률 \(P(A\cap B^c \mid A\cup B) = \frac{9/40}{1/2} = \frac{9}{20}\) 산출 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(\hat{p}=0.3, \hat{q}=0.7\) 대입 및 신뢰구간 길이 \(2 \times 1.96\sqrt{\frac{0.21}{n}}\) 수립 (5점)
소문항 [3-ⅲ] 부등식 \(64 \times 21 \le n\)을 풀어 자연수 \(n\)의 최솟값 \(1344\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제8회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅲ]에서 신뢰구간의 길이 \(b - a\)를 구할 때 오차한계에 \(2\)를 곱하지 않고 \(1.96\sqrt{\hat{p}\hat{q}/n}\)으로 식을 세우면 표본 크기 \(n\)이 \(\frac{1}{4}\)배인 \(336\)이 되어 감점됩니다.
• 방어 전략: 신뢰구간 \([\hat{p}-c, \hat{p}+c]\)의 길이는 항상 \(2c\)임을 먼저 명시한 뒤 약분(\(3.92 / 0.049 = 80\))을 수행하십시오.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드 [제9회]
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값·평균값 정리, 수학적 귀납법, 조건부확률·베이즈 정리 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 미분가능성, 귀납 가정, 배반 분할 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·대수 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
무리식·로그·삼각함수 및 도형의 기하적 성질로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 미적분Ⅰ 다항함수의 접선·극값 및 구간별 정적분 (25% 비중)
이중접선·법선의 직교성, 정적분으로 정의된 함수의 극대·극소, 절댓값 다항함수의 미분가능성과 구간 분리 정적분 계산을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·기댓값·분산 및 통계적 추정 (20% 비중)
단계별 비복원 추출의 사후확률, 이산확률변수의 기댓값·분산, 표본평균과 모비율의 신뢰구간 추정식을 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 제9회 수험생 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 수학적 귀납법에서 \(n=m+1\) 양변 인수분해 과정 생략: 귀납 가정식에 \(m+1\)번째 항을 더한 뒤 우변 공식과 일치함을 인수분해로 보여야 만점입니다.
[함정 2] 평균값 정리 적용 시 닫힌구간 연속·열린구간 미분가능 조건 누락: 다항함수이므로 연속·미분가능하다는 전제 조건을 반드시 첫 줄에 명시하십시오.
[함정 3] 단계별 확률 게임에서 동전 시행 횟수 혼동: 주사위 눈금에 따라 동전을 던지는 횟수가 달라지므로 각 경우의 확률을 곱셈정리로 분리해야 합니다.
📊 2022 개정 교육과정 핵심 4대 과목(공통수학 · 대수 · 미적분Ⅰ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제9회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제9회
[실전모의]
[문제 1] 대수 수열의 귀납적 정의 \(a_{n+1} = a_n + 6n\), 수학적 귀납법 항등식 증명 및 부분분수 합 (2023·2022 기출 1번 변형) 30점 상
[문제 2] 미적분Ⅰ (수학Ⅱ) 사차함수의 이중접선, 평균값 정리 부등식 증명 및 정적분으로 정의된 함수의 극값 (2023 기출 2번 변형) 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 주사위와 동전을 결합한 단계별 점수 게임의 조건부확률 및 총점 확률변수의 기댓값·분산 (2023 기출 3번 변형) 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 제9회 출제 원칙 및 합격 전략
1. 2023·2022학년도 본고사 1:1 정밀 매핑: 제9회 모의고사는 2023·2022 성균관대 본고사의 핵심 문항(귀납적 정의 수열과 수학적 귀납법 증명, 사차함수의 이중접선·평균값 정리 부등식과 정적분 정의 함수, 주사위·동전 결합 단계별 점수 게임의 조건부확률과 기댓값)을 결합하여 구성했습니다.
2. 수열의 귀납적 정의와 수학적 귀납법 정통 증명: [문제 1]에서는 계차 구조를 갖는 수열의 일반항을 유도하고 수학적 귀납법으로 거듭제곱 합 항등식을 엄밀히 증명합니다.
3. 사차함수 이중접선과 평균값 정리 논증: [문제 2]에서는 사차함수의 이중접선 방정식을 도출하고 평균값 정리(`12미적Ⅰ-02-06`)를 이용해 함수값의 차의 상한을 증명합니다.

【제9회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열의 귀납적 정의와 수학적 귀납법 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.15 탐구 4091 변형 | 성취기준: 12대수03-02, 12대수03-06, 12대수03-07]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 귀납적 정의로부터 일반항 \(a_n\) 유도 및 자연수 \(n\)의 개수 산출

\(a_{n+1} - a_n = 6n\)이므로 \(n \ge 2\)일 때 제시문 <1>에 의하여\[a_n = a_1 + \sum_{k=1}^{n-1} 6k = 2 + 6 \cdot \frac{(n-1)n}{2} = 3n^2 - 3n + 2\]입니다. \(n=1\)을 대입하면 \(3(1) - 3(1) + 2 = 2 = a_1\)이므로 모든 자연수 \(n\)에 대하여 \(a_n = 3n^2 - 3n + 2\)입니다.
부등식 \(3n^2 - 3n + 2 \le 300 \iff 3n(n-1) \le 298 \iff n(n-1) \le 99.33\cdots\)에서 \(n=10\)일 때 \(10 \times 9 = 90 \le 99.33\)이고, \(n=11\)일 때 \(11 \times 10 = 110 \gt 99.33\)이므로 조건을 만족시키는 자연수 \(n\)은 \(1, 2, \dots, 10\)의 \(10\)개입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 수학적 귀납법을 이용한 \(\sum_{k=1}^n b_k\) 항등식 증명

\(a_n - 2 = 3(n-1)n\)이므로 \(b_n = (n+1)(a_n - 2) = 3(n-1)n(n+1)\)입니다.
(i) \(n = 1\)일 때: 좌변은 \(b_1 = 0\)이고 우변도 \(\frac{3}{4}(0)(1)(2)(3) = 0\)이므로 등식이 성립합니다.
(ii) \(n = m\)일 때 등식이 성립한다고 가정하면 \(\sum_{k=1}^m b_k = \frac{3}{4}(m-1)m(m+1)(m+2)\)입니다.
양변에 \(b_{m+1} = 3m(m+1)(m+2)\)를 더하면\[\begin{aligned} \sum_{k=1}^{m+1} b_k &= \frac{3}{4}(m-1)m(m+1)(m+2) + 3m(m+1)(m+2) \\ &= \frac{3}{4}m(m+1)(m+2)\{(m-1) + 4\} = \frac{3}{4}m(m+1)(m+2)(m+3) \end{aligned}\]이므로 \(n = m + 1\)일 때도 등식이 성립합니다. 따라서 수학적 귀납법에 의하여 모든 자연수 \(n\)에서 성립합니다.

【제9회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 부분분수 망원급수 소거를 통한 자연수 \(m\)의 최솟값 도출

(1-ⅰ)에서 \(a_n - 2 = 3(n-1)n\)이므로 \(n \ge 2\)일 때\[\frac{3}{a_n - 2} = \frac{3}{3(n-1)n} = \frac{1}{(n-1)n} = \frac{1}{n-1} - \frac{1}{n}\]입니다. 따라서 \(n=2\)부터 \(m\)까지의 부분합을 망원급수로 소거하면\[\sum_{n=2}^{m} \frac{3}{a_n - 2} = \sum_{n=2}^{m} \left(\frac{1}{n-1} - \frac{1}{n}\right) = \left(1 - \frac{1}{2}\right) + \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) + \cdots + \left(\frac{1}{m-1} - \frac{1}{m}\right) = 1 - \frac{1}{m}\]입니다. 부등식 \(1 - \dfrac{1}{m} \ge \dfrac{19}{20}\)를 풀면\[\frac{1}{m} \le \frac{1}{20} \iff m \ge 20\]이므로 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(20\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] 계차 합으로 \(a_n = 3n^2 - 3n + 2\) 유도 및 \(n(n-1) \le 99.33\)으로부터 \(10\)개 도출 (10점)
소문항 [1-ⅱ] \(n=1\) 초기조건 확인 및 \(n=m\) 귀납 가정 설정 (4점)
소문항 [1-ⅱ] \(b_{m+1}=3m(m+1)(m+2)\) 합산 및 \(\frac{3}{4}m(m+1)(m+2)(m+3)\) 인수분해 증명 (6점)
소문항 [1-ⅲ] \(\frac{3}{a_n-2} = \frac{1}{n-1} - \frac{1}{n}\) 부분분수 변형 및 부분합 \(1 - \frac{1}{m}\) 도출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 부등식 \(1 - \frac{1}{m} \ge \frac{19}{20}\)을 풀어 최솟값 \(m = 20\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제9회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅰ]에서 \(n \ge 2\)일 때 구한 일반항 \(a_n = 3n^2-3n+2\)가 \(n=1\)일 때도 성립하는지 확인하는 절차를 누락하면 1~2점 감점됩니다.
• 방어 전략: 계차 합으로 일반항을 구할 때는 반드시 \(n=1\) 대입 검산을 한 줄로 명시하십시오.

【제9회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-2. 도함수의 활용 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.34 탐구 4092 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-1. 부정적분과 정적분 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.20 탐구 4092 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-05, 12미적Ⅰ-02-06, 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-04]
Step 1 [문제 2-ⅰ] \(f(x) - 4x\)의 완전제곱 인수분해를 통한 이중접선 증명 및 접점 도출

사차함수 \(f(x) = x^4 - 6x^2 + 4x + 9\)에서 직선 \(\ell : y = 4x\)의 식을 빼면\[f(x) - 4x = x^4 - 6x^2 + 9 = (x^2 - 3)^2 = (x + \sqrt{3})^2 (x - \sqrt{3})^2\]입니다. 방정식 \(f(x) - 4x = 0\)이 \(x = -\sqrt{3}\)과 \(x = \sqrt{3}\)에서 각각 중근을 가지므로, 직선 \(\ell : y = 4x\)는 곡선 \(y = f(x)\)에 서로 다른 두 점에서 동시에 접하는 이중접선입니다.
실제로 \(f'(x) = 4x^3 - 12x + 4\)에서 \(f'(\pm\sqrt{3}) = 4\)이고, 두 접점의 좌표는 각각\[\left(-\sqrt{3}, \; -4\sqrt{3}\right), \quad \left(\sqrt{3}, \; 4\sqrt{3}\right)\]입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] 평균값 정리를 이용한 구간 \([-\sqrt{3}, \sqrt{3}]\)에서의 도함수 최댓값과 부등식 증명

다항함수 \(f(x)\)는 닫힌구간 \([x_1, x_2] \subset [-\sqrt{3}, \sqrt{3}]\)에서 연속이고 열린구간 \((x_1, x_2)\)에서 미분가능하므로, 제시문 <1>의 평균값 정리에 의하여\[\frac{f(x_2) - f(x_1)}{x_2 - x_1} = f'(c)\]를 만족시키는 \(c \in (x_1, x_2) \subset (-\sqrt{3}, \sqrt{3})\)가 존재합니다.
도함수 \(f'(x) = 4x^3 - 12x + 4\)를 미분하면 \(f''(x) = 12x^2 - 12 = 12(x+1)(x-1)\)이므로, 구간 \([-\sqrt{3}, \sqrt{3}]\)에서 \(f'(x)\)의 극값과 양 끝값을 비교하면
• \(x = -1\): \(f'(-1) = 4(-1) + 12 + 4 = 12\) (극대)
• \(x = 1\): \(f'(1) = 4 - 12 + 4 = -4\) (극소)
• 양 끝점 \(x = \pm\sqrt{3}\): \(f'(\pm\sqrt{3}) = 4\)
따라서 구간 \([-\sqrt{3}, \sqrt{3}]\)에서 \(-4 \le f'(c) \le 12\)이므로 \(|f'(c)| \le 12\)이며, 양변에 \(x_2 - x_1 \gt 0\)을 곱하면\[|f(x_2) - f(x_1)| = |f'(c)|(x_2 - x_1) \le 12(x_2 - x_1)\]이 성립합니다.

【제9회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] 정적분으로 정의된 함수 \(G(x)\)의 극대·극소와 세 실근 조건 도출

제시문 <2>의 적분과 미분의 관계에 의하여 \(G(x)\)의 도함수는\[G'(x) = \frac{1}{4}\left\{f'(x) - 4\right\} = x^3 - 3x = x(x + \sqrt{3})(x - \sqrt{3})\]이고, 정적분을 직접 계산하면\[G(x) = \int_{-1}^{x} (t^3 - 3t)\,dt = \left[\frac{1}{4}t^4 - \frac{3}{2}t^2\right]_{-1}^{x} = \frac{1}{4}x^4 - \frac{3}{2}x^2 + \frac{5}{4}\]입니다. \(G'(x) = 0\)에서 \(x = -\sqrt{3}, 0, \sqrt{3}\)이며 도함수의 부호 변화를 조사하면
• \(x = 0\)에서 극댓값 \(G(0) = \dfrac{5}{4}\)를 갖고,
• \(x = -\sqrt{3}\)과 \(x = \sqrt{3}\)에서 동일한 극솟값 \(G(\pm\sqrt{3}) = \dfrac{9}{4} - \dfrac{9}{2} + \dfrac{5}{4} = -1\)을 갖습니다.
우함수 \(y = G(x)\)의 그래프와 수평선 \(y = k\)가 서로 다른 세 점에서 만나려면 수평선이 극댓점 \((0, \frac{5}{4})\)에 접하고 양쪽 곡선과 두 점에서 만나야 하므로 \(k = \dfrac{5}{4}\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] \(f(x) - 4x = (x^2-3)^2\) 인수분해로 이중접선 증명 및 두 접점 \((\pm\sqrt{3}, \pm 4\sqrt{3})\) 도출 (12점)
소문항 [2-ⅱ] 평균값 정리 \(\frac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1} = f'(c)\) 적용 및 \(f''(x)=12(x^2-1)\)로 도함수 증감 조사 (7점)
소문항 [2-ⅱ] 구간 \([-\sqrt{3}, \sqrt{3}]\)에서 \(-4 \le f'(c) \le 12 \implies |f'(c)| \le 12\)로부터 부등식 증명 완료 (7점)
소문항 [2-ⅲ] 적분과 미분의 관계로 \(G'(x) = x(x^2-3)\) 및 \(G(x) = \frac{1}{4}x^4 - \frac{3}{2}x^2 + \frac{5}{4}\) 도출 (6점)
소문항 [2-ⅲ] 극댓값 \(G(0) = \frac{5}{4}\), 극솟값 \(G(\pm\sqrt{3}) = -1\) 및 세 실근 조건 \(k = \frac{5}{4}\) 완결 (8점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제9회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅱ]에서 구간 양 끝점에서의 미분계수만 비교하고 내부 극값 \(f'(-1)=12, f'(1)=-4\)를 조사하지 않으면 큰 감점을 받습니다.
• 방어 전략: 도함수 \(f'(x)\)의 최댓값·최솟값을 구할 때는 이계도함수(또는 \(f'(x)\)의 도함수)가 \(0\)이 되는 점을 반드시 점검하십시오.

【제9회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-1. 확률분포 (DB: KICE_2028) PDF p.12 탐구 4093 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통03-02]
Step 1 [문제 3-ⅰ] 사건 분할을 통한 \(P(X = 2)\) 및 사후 조건부확률 도출

주사위에서 \(3\)의 배수의 눈(\(3, 6\))이 나오는 사건을 \(A\)라 하면 \(P(A) = \dfrac{2}{6} = \dfrac{1}{3}\)이고, \(P(A^c) = \dfrac{2}{3}\)입니다.
• 사건 \(A\)가 일어났을 때 동전 \(3\)번 중 앞면이 \(2\)번 나올 확률: \(P(X=2|A) = {}_3\mathrm{C}_2 \left(\dfrac{1}{2}\right)^3 = \dfrac{3}{8}\)
• 사건 \(A^c\)가 일어났을 때 동전 \(2\)번 중 앞면이 \(2\)번 나올 확률: \(P(X=2|A^c) = {}_2\mathrm{C}_2 \left(\dfrac{1}{2}\right)^2 = \dfrac{1}{4}\)
따라서 제시문 <1>에 의하여\[P(X = 2) = P(A)P(X=2|A) + P(A^c)P(X=2|A^c) = \frac{1}{3} \times \frac{3}{8} + \frac{2}{3} \times \frac{1}{4} = \frac{1}{8} + \frac{1}{6} = \frac{7}{24}\]이며, 구하는 조건부확률은\[P(A \mid X = 2) = \frac{P(A \cap \{X=2\})}{P(X = 2)} = \frac{1/8}{7/24} = \frac{3}{7}\]입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 확률변수 \(X\)의 확률분포 도출 및 \(E(X), \; E(X^2)\) 계산

확률변수 \(X\)가 가질 수 있는 값은 \(0, 1, 2, 3\)이며 각각의 확률은 다음과 같습니다.
• \(P(X = 0) = \dfrac{1}{3} \times \dfrac{1}{8} + \dfrac{2}{3} \times \dfrac{1}{4} = \dfrac{1}{24} + \dfrac{4}{24} = \dfrac{5}{24}\)
• \(P(X = 1) = \dfrac{1}{3} \times \dfrac{3}{8} + \dfrac{2}{3} \times \dfrac{2}{4} = \dfrac{3}{24} + \dfrac{8}{24} = \dfrac{11}{24}\)
• \(P(X = 2) = \dfrac{7}{24}\)
• \(P(X = 3) = \dfrac{1}{3} \times \dfrac{1}{8} + \dfrac{2}{3} \times 0 = \dfrac{1}{24}\)
확률의 총합은 \(\dfrac{5 + 11 + 7 + 1}{24} = 1\)입니다. 따라서 기댓값과 제곱의 기댓값은\[\begin{aligned} E(X) &= 0 \cdot \frac{5}{24} + 1 \cdot \frac{11}{24} + 2 \cdot \frac{7}{24} + 3 \cdot \frac{1}{24} = \frac{28}{24} = \frac{7}{6}, \\ E(X^2) &= 0^2 \cdot \frac{5}{24} + 1^2 \cdot \frac{11}{24} + 2^2 \cdot \frac{7}{24} + 3^2 \cdot \frac{1}{24} = \frac{11 + 28 + 9}{24} = \frac{48}{24} = 2 \end{aligned}\]입니다.

【제9회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 분산 \(V(X)\) 및 일차식 \(Y = 6X + 3\)의 기댓값·분산 계산

(3-ⅱ)에서 구한 \(E(X) = \dfrac{7}{6}\)과 \(E(X^2) = 2\)를 제시문 <2>의 분산 공식에 대입하면\[V(X) = E(X^2) - \{E(X)\}^2 = 2 - \left(\frac{7}{6}\right)^2 = \frac{72 - 49}{36} = \frac{23}{36}\]입니다. 또한 확률변수 \(Y = 6X + 3\)에 대하여 선형 성질을 적용하면\[\begin{aligned} E(Y) &= E(6X + 3) = 6E(X) + 3 = 6 \times \frac{7}{6} + 3 = 10, \\ V(Y) &= V(6X + 3) = 6^2 V(X) = 36 \times \frac{23}{36} = 23 \end{aligned}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] \(P(A)=\frac{1}{3}, P(A^c)=\frac{2}{3}\) 분할로 \(P(X=2) = \frac{7}{24}\) 및 조건부확률 \(P(A|X=2) = \frac{3}{7}\) 도출 (10점)
소문항 [3-ⅱ] \(X=0,1,2,3\)의 확률 \(\frac{5}{24}, \frac{11}{24}, \frac{7}{24}, \frac{1}{24}\) 산출 (5점)
소문항 [3-ⅱ] \(E(X) = \frac{7}{6}\) 및 \(E(X^2) = 2\) 정확 계산 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(V(X) = 2 - \frac{49}{36} = \frac{23}{36}\) 도출 (5점)
소문항 [3-ⅲ] \(E(Y) = 10\) 및 \(V(Y) = 23\) 산출 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제9회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅱ]에서 \(X=3\)이 사건 \(A^c\) (동전 2회 던지기)에서는 일어날 수 없어 확률이 \(0\)임을 명시하지 않고 누락하는 실수를 주의하십시오.
• 방어 전략: 모든 확률값의 분모를 \(24\)로 통분하여 확률의 합이 \(1\)이 되는지 먼저 검산하면 계산 오류를 완벽히 방지할 수 있습니다.
🎯 성균관대학교 수리논술 공식 평가원칙과 JEV-REA-ARGON 루브릭 구성 가이드 [제10회]
1. 수학적 정의와 정리의 전제 조건 명시 (30% 비중)
성균관대 수리논술은 최종 답안 수치뿐만 아니라, 사잇값·평균값 정리, 수학적 귀납법, 조건부확률·베이즈 정리 등을 적용할 때 전제 조건(연속성, 미분가능성, 귀납 가정, 배반 분할 등)을 엄밀하게 서술했는지를 최우선으로 채점합니다.

2. 공통수학·대수 수열의 귀납적 구조 및 망원급수 소거 (25% 비중)
무리식·로그·삼각함수 및 도형의 기하적 성질로부터 수열의 일반항 \(a_n, b_n\)을 유도하고, 부분분수 분해 및 망원급수 소거를 통해 부등식의 최소 자연수를 결정하는 단계별 과정을 정확히 제시해야 합니다.

3. 미적분Ⅰ 다항함수의 접선·극값 및 구간별 정적분 (25% 비중)
이중접선·법선의 직교성, 정적분으로 정의된 함수의 극대·극소, 절댓값 다항함수의 미분가능성과 구간 분리 정적분 계산을 누락 없이 연결해야 만점을 획득합니다.

4. 확률과 통계 조건부확률·기댓값·분산 및 통계적 추정 (20% 비중)
단계별 비복원 추출의 사후확률, 이산확률변수의 기댓값·분산, 표본평균과 모비율의 신뢰구간 추정식을 체계적으로 산출해야 합니다.
⚠️ 제10회 수험생 다빈도 감점 3대 함정 클리닉
[함정 1] 2칸 간격 망원급수의 잔여항 누락: [1-ⅲ]에서 \(\sum_{n=1}^m (\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2})\)를 소거할 때 앞의 두 항 \(1 + \frac{1}{2}\)과 뒤의 두 항 \(-\frac{1}{m+1} - \frac{1}{m+2}\)가 남음을 정확히 기재해야 합니다.
[함정 2] 중근에서의 절댓값 함수 미분가능성 판정: [2-ⅱ]에서 \(f(x)-2 = (x+1)^2(x-2)\)는 \(x=-1\)에서 중근을 가지므로 \(|f(x)-2|\)가 \(x=-1\)에서 미분가능함을 서술해야 만점.
[함정 3] 표본평균의 표준편차 \(\sigma/\sqrt{n}\) 변환 누락: [3-ⅱ]에서 모표준편차 \(\sigma = 6\)을 그대로 쓰지 않고 \(\sigma(\overline{X}) = 6/\sqrt{9} = 2\)로 나누어야 합니다.
📊 2022 개정 교육과정 핵심 4대 과목(공통수학 · 대수 · 미적분Ⅰ · 확률과 통계) 출제 단원 및 논증 테마 맵핑 제10회 3대문항 (9소문항) SSOT
회차 문항 번호 출제 과목군 핵심 출제 테마 및 논증 포인트 배점 난이도
제10회
[실전모의]
[문제 1] 대수 (수학Ⅰ) 지수·로그 역함수 교점 중점 수열 \(a_n = 2(n+1)^2\), 평행이동 곡선 넓이 및 2칸 망원급수 부등식 30점 상
[문제 2] 미적분Ⅰ (수학Ⅱ) 정적분으로 정의된 사차함수 \(G(x)\)의 최대·최소, 절댓값 함수 \(|f(x)-k|\)의 유일 첨점 조건과 정적분 40점 최상
[문제 3] 확률과 통계 이차방정식 실근 조건의 독립시행 조건부확률 및 표본평균 \(\overline{X}\)의 정규분포 최대 확률 구간 30점 상
💡 JEV-REA-ARGON 엔진 기반 성균관대 수리논술 제10회 출제 원칙 및 합격 전략
1. 파이널 종합 완성형 모의논술: 제10회 모의고사는 성균관대 자연계열 수리논술 전 범위를 총망라하여 지수·로그함수의 역함수 대칭과 망원급수([문제 1]), 삼차함수의 절댓값 미분가능성과 정적분([문제 2]), 독립시행 조건부확률과 표본평균의 정규분포 추정([문제 3])을 결합했습니다.
2. 역함수 대칭과 평행이동 카발리에리 넓이: [문제 1]에서는 지수·로그 역함수 교점의 중점 수열을 유도하고 평행이동 합동성을 이용해 초월적분 없이 도형의 넓이를 구합니다.
3. 절댓값 삼차함수의 첨점 조건과 표본평균 최대 확률 구간: [문제 2]에서는 \(|f(x)-k|\)의 미분불가능점이 유일할 조건을 삼차방정식의 중근·단순근 구조로 규명하고, [문제 3]에서는 표본평균 정규곡선의 대칭축을 이용해 구간 확률을 극대화합니다.

【제10회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (1-ⅰ: 10점, 1-ⅱ: 10점, 1-ⅲ: 10점)
[출처: 대수 Ⅰ-2. 지수함수와 로그함수 (DB: ALG_Ch01_02) PDF p.12 탐구 4101 변형 / 미래엔(황선욱) 대수 Ⅲ. 수열 (DB: ALG_Ch03_03) PDF p.16 탐구 4101 변형 | 성취기준: 12대수01-05, 12대수03-04]
Step 1 [문제 1-ⅰ] 역함수 관계 증명과 중점 \(M_n\) 좌표 및 \(\sum_{n=1}^9 a_n\) 산출

\(y = 2^{x-1}\)을 \(x\)에 대하여 풀면 \(x - 1 = \log_2 y \iff x = \log_2 y + 1\)이고, \(x\)와 \(y\)를 서로 바꾸면 \(y = \log_2 x + 1 = g(x)\)이므로 두 함수는 서로 역함수 관계이며 그래프는 직선 \(y = x\)에 대칭입니다.
직선 \(\ell_n : x + y = 2n + 2\) 역시 직선 \(y = x\)에 대칭이므로 두 교점 \(A_n, B_n\)은 직선 \(y = x\)에 대하여 대칭이고, 그 중점 \(M_n\)은 직선 \(y = x\)와 \(x + y = 2n + 2\)의 교점인\[M_n(n+1, \; n+1)\]입니다. 따라서 \(a_n = \overline{O M_n}^2 = (n+1)^2 + (n+1)^2 = 2(n+1)^2\)이며, 제시문 <2>에 의하여\[\sum_{n=1}^{9} a_n = 2\sum_{n=1}^{9} (n+1)^2 = 2\sum_{k=2}^{10} k^2 = 2(385 - 1) = 768\]입니다.

Step 2 [문제 1-ⅱ] 평행이동 등적변형을 이용한 초월곡선 사이의 넓이 \(S\) 도출

곡선 \(y = 2^{x-3}\)은 곡선 \(y = 2^{x-1}\)을 \(x\)축의 방향으로 \(+2\)만큼 평행이동한 그래프입니다.
두 곡선과 직선 \(y = 1\)의 교점은 각각 \(A(1, 1), \; B(3, 1)\)이고, 직선 \(y = 4\)와의 교점은 각각 \(D(3, 4), \; C(5, 4)\)입니다.
임의의 \(y \in [1, 4]\)에 대하여 수평선과 두 곡선이 만나는 두 점 사이의 가로 길이는 항상 \(2\)로 일정하므로, 둘러싸인 도형에서 곡선 부분을 잘라 평행이동하면 밑변의 길이가 \(\overline{AB} = 2\)이고 높이가 \(4 - 1 = 3\)인 직사각형과 넓이가 같습니다. 따라서 구하는 넓이는\[S = 2 \times (4 - 1) = 6\]입니다.

【제10회 문제 1】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 1-ⅲ] 2칸 간격 망원급수 소거를 통한 최소 자연수 \(m\) 결정

\(c_n = a_n - 2 = 2(n+1)^2 - 2 = 2(n^2 + 2n) = 2n(n+2)\)이므로\[\frac{4}{c_n} = \frac{4}{2n(n+2)} = \frac{2}{n(n+2)} = \frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\]입니다. 이를 \(n=1\)부터 \(m\)까지 더하여 2칸 간격 망원급수로 소거하면\[\sum_{n=1}^{m} \frac{4}{c_n} = \sum_{n=1}^{m} \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right) = 1 + \frac{1}{2} - \frac{1}{m+1} - \frac{1}{m+2} = \frac{3}{2} - \frac{2m+3}{(m+1)(m+2)}\]입니다. 부등식 \(\dfrac{3}{2} - \dfrac{2m+3}{(m+1)(m+2)} \ge \dfrac{41}{30}\)을 정리하면\[\frac{2m+3}{(m+1)(m+2)} \le \frac{3}{2} - \frac{41}{30} = \frac{4}{30} = \frac{2}{15} \iff 15(2m+3) \le 2(m+1)(m+2) \iff 2m^2 - 24m - 41 \ge 0\]\(m = 13\)일 때 \(2(169) - 312 - 41 = -15 \lt 0\)이고, \(m = 14\)일 때 \(2(196) - 336 - 41 = 15 \gt 0\)이므로 자연수 \(m\)의 최솟값은 \(14\)입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [1-ⅰ] 역함수 대칭성으로 \(M_n(n+1, n+1)\) 및 \(a_n = 2(n+1)^2\), \(\sum_{n=1}^9 a_n = 768\) 도출 (10점)
소문항 [1-ⅱ] \(x\)축 방향 \(+2\) 평행이동 관계 규명 및 교점 \((1,1), (3,1), (3,4), (5,4)\) 확인 (5점)
소문항 [1-ⅱ] 등적변형(직사각형 넓이)을 통해 \(S = 2 \times 3 = 6\) 산출 (5점)
소문항 [1-ⅲ] \(\frac{4}{c_n} = \frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\) 변형 및 부분합 \(\frac{3}{2} - \frac{1}{m+1} - \frac{1}{m+2}\) 유도 (5점)
소문항 [1-ⅲ] 이차부등식 \(2m^2 - 24m - 41 \ge 0\)을 풀어 자연수 \(m\)의 최솟값 \(14\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제10회 문제 1]
• 빈출 감점 포인트: [1-ⅲ]에서 \(\sum_{n=1}^m (\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2})\)를 \(1 - \frac{1}{m+2}\)로 잘못 소거하는 실수가 매우 빈번합니다.
• 방어 전략: 분모의 차가 \(2\)인 부분분수는 앞의 2개 항(\(1 + \frac{1}{2}\))과 뒤의 2개 항(\(-\frac{1}{m+1} - \frac{1}{m+2}\))이 남는다는 점을 반드시 전개하여 확인하십시오.

【제10회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (40점)

총 40점 (2-ⅰ: 12점, 2-ⅱ: 14점, 2-ⅲ: 14점)
[출처: 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅱ-1. 미분계수와 도함수 (DB: CAL1_Ch02) PDF p.12 탐구 4102 변형 / 미래엔(황선욱) 미적분Ⅰ Ⅲ-1. 부정적분과 정적분 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.22 탐구 4102 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-02-01, 12미적Ⅰ-02-07, 12미적Ⅰ-03-04]
Step 1 [문제 2-ⅰ] \(G(x)\)의 도함수 유도 및 닫힌구간 \([-1, 2]\)에서의 최대·최소 산출

\(f(x) = x^3 - 3x\)에서 \(f'(x) = 3x^2 - 3\)이므로 \(f'(1) = 0\)입니다. 따라서 제시문 <2>에 의하여\[G'(x) = f(x) = x^3 - 3x = x(x + \sqrt{3})(x - \sqrt{3})\]이고, 적분하면 \(G(x) = \dfrac{1}{4}x^4 - \dfrac{3}{2}x^2\)입니다.
닫힌구간 \([-1, 2]\)에서 \(G'(x) = 0\)인 점은 \(x = 0\)과 \(x = \sqrt{3}\)이므로 극값과 양 끝값을 비교하면
• \(G(-1) = \dfrac{1}{4} - \dfrac{3}{2} = -\dfrac{5}{4}\)
• \(G(0) = 0\) (극대)
• \(G(\sqrt{3}) = \dfrac{9}{4} - \dfrac{9}{2} = -\dfrac{9}{4}\) (극소)
• \(G(2) = 4 - 6 = -2\)
따라서 구간 \([-1, 2]\)에서 \(G(x)\)의 최댓값은 \(0\), 최솟값은 \(-\dfrac{9}{4}\)입니다.

Step 2 [문제 2-ⅱ] \(W(x) = |f(x)-k|\)의 미분불가능점이 1개일 최소 양수 \(k\)와 좌·우미분계수

\(f'(x) = 3(x+1)(x-1) = 0\)에서 \(f(x)\)는 \(x = -1\)에서 극댓값 \(f(-1) = 2\), \(x = 1\)에서 극솟값 \(f(1) = -2\)를 가집니다.
절댓값 함수 \(W(x) = |f(x) - k|\)가 미분불가능한 점은 방정식 \(f(x) - k = 0\)의 실근 중 부호가 바뀌는 홀수 차수(단순) 실근입니다.
• \(0 \lt k \lt 2\)이면 \(f(x) = k\)가 서로 다른 세 단순 실근을 가지므로 미분불가능한 점이 \(3\)개입니다.
• \(k \ge 2\)이면: 특히 \(k = 2\)일 때 \(f(x) - 2 = x^3 - 3x - 2 = (x+1)^2(x-2)\)이므로 \(x = -1\)에서는 중근을 가져 \(W'(x)\)가 \(0\)으로 미분가능하고, 오직 \(x = 2\)에서만 부호가 바뀌어 미분불가능합니다.
따라서 양수 \(k\)의 최솟값은 \(k = 2\)이며 미분불가능한 점은 \(a = 2\)입니다. \(f'(2) = 9\)이므로 \(x = 2\)에서의 좌미분계수는 \(-f'(2) = -9\), 우미분계수는 \(f'(2) = 9\)입니다.

【제10회 문제 2】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (40점)

배점 40점
Step 3 [문제 2-ⅲ] \(k = 2\)일 때 구간 분리 정적분 \(\int_{-2}^2 W(x)\,dx\) 및 \(\int_{-2}^3 W(x)\,dx\) 계산

\(k = 2\)일 때 \(f(x) - 2 = (x+1)^2(x-2)\)이므로 \(x \le 2\)에서는 \(f(x) - 2 \le 0\), \(x \ge 2\)에서는 \(f(x) - 2 \ge 0\)입니다.
(1) 구간 \([-2, 2]\)에서는 \(W(x) = -(x^3 - 3x - 2) = -x^3 + 3x + 2\)이고 기함수 항 \(-x^3 + 3x\)의 대칭 구간 정적분은 \(0\)이므로\[\int_{-2}^{2} W(x)\,dx = \int_{-2}^{2} (-x^3 + 3x + 2)\,dx = 2\int_0^2 2\,dx = 8\]입니다.
(2) 구간 \([2, 3]\)에서는 \(W(x) = x^3 - 3x - 2\)이므로\[\int_2^3 (x^3 - 3x - 2)\,dx = \left[\frac{1}{4}x^4 - \frac{3}{2}x^2 - 2x\right]_2^3 = \left(\frac{81}{4} - \frac{27}{2} - 6\right) - (4 - 6 - 4) = \frac{3}{4} - (-6) = \frac{27}{4}\]입니다. 따라서\[\int_{-2}^{3} W(x)\,dx = 8 + \frac{27}{4} = \frac{59}{4}\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [2-ⅰ] \(f'(1)=0\) 확인 및 \(G(x) = \frac{1}{4}x^4 - \frac{3}{2}x^2\) 유도 (5점)
소문항 [2-ⅰ] 구간 \([-1, 2]\)에서 \(G(0)=0, G(\sqrt{3})=-\frac{9}{4}, G(-1)=-\frac{5}{4}, G(2)=-2\) 비교로 최댓값 \(0\), 최솟값 \(-\frac{9}{4}\) 산출 (7점)
소문항 [2-ⅱ] \(f(x)-2 = (x+1)^2(x-2)\) 인수분해로 \(x=-1\) 미분가능성 확인 및 최소 양수 \(k = 2\) 도출 (8점)
소문항 [2-ⅱ] \(a = 2\)에서의 좌미분계수 \(-9\), 우미분계수 \(9\) 정확 산출 (6점)
소문항 [2-ⅲ] 기함수 대칭성으로 \(\int_{-2}^2 W(x)\,dx = 8\) 계산 (6점)
소문항 [2-ⅲ] 구간 \([2, 3]\) 정적분 \(\frac{27}{4}\) 합산으로 \(\int_{-2}^3 W(x)\,dx = \frac{59}{4}\) 완결 (8점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제10회 문제 2]
• 빈출 감점 포인트: [2-ⅱ]에서 \(k=2\)일 때 방정식 \(f(x)=2\)의 실근이 \(x=-1, 2\)의 \(2\)개라고 하여 미분불가능점도 \(2\)개로 오판하면 오답 처리됩니다.
• 방어 전략: 접하는 중근(\(x=-1\))에서는 부호 변화가 없어 절댓값을 씌워도 미분계수가 \(0\)으로 존재함을 인수분해식 \((x+1)^2|x-2|\)로 명시하십시오.

【제10회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [1/2] (30점)

총 30점 (3-ⅰ: 10점, 3-ⅱ: 10점, 3-ⅲ: 10점)
[출처: 확률과 통계 Ⅱ-2. 조건부확률 및 Ⅲ-2. 통계적 추정 (DB: KICE_2028) PDF p.7 탐구 4103 변형 | 성취기준: 12확통02-05, 12확통02-07, 12확통03-05]
Step 1 [문제 3-ⅰ] 판별식을 통한 \(P(E)\) 도출 및 독립시행 조건부확률 계산

이차방정식 \(x^2 - 2kx + 4 = 0\)이 서로 다른 두 실근을 가질 조건은 판별식 \(D/4 = k^2 - 4 \gt 0 \iff k \ge 3\)이므로 \(k \in \{3, 4, 5, 6\}\)이고 \(P(E) = \dfrac{4}{6} = \dfrac{2}{3}\)입니다.
\(4\)회 독립시행에서 사건 \(E\)가 일어나는 횟수 \(R \sim \mathrm{B}\left(4, \frac{2}{3}\right)\)이므로\[P(R \ge 3) = {}_4\mathrm{C}_3 \left(\frac{2}{3}\right)^3 \left(\frac{1}{3}\right) + {}_4\mathrm{C}_4 \left(\frac{2}{3}\right)^4 = \frac{32}{81} + \frac{16}{81} = \frac{48}{81} = \frac{16}{27}\]입니다. 또한 \(P(R = 3) = \dfrac{32}{81}\)이고, 첫 번째 시행에서 눈 \(2\) (사건 \(E^c\)에 속하며 확률 \(\frac{1}{6}\))가 나오고 나머지 \(2, 3, 4\)번째 시행에서 모두 사건 \(E\)가 일어날 확률은\[\frac{1}{6} \times \left(\frac{2}{3}\right)^3 = \frac{8}{162} = \frac{4}{81}\]이므로, 구하는 조건부확률은 \(\dfrac{4/81}{32/81} = \dfrac{1}{8}\)입니다.

Step 2 [문제 3-ⅱ] 표본평균 \(\overline{X}\)의 평균·표준편차 및 표준화 확률 계산

모집단이 정규분포 \(\mathrm{N}(30, 6^2)\)을 따르고 표본의 크기가 \(n = 9\)이므로 제시문 <2>에 의하여\[E(\overline{X}) = 30, \quad \sigma(\overline{X}) = \frac{6}{\sqrt{9}} = 2\]즉 \(\overline{X} \sim \mathrm{N}(30, 2^2)\)입니다. 이를 \(Z = \dfrac{\overline{X} - 30}{2}\)로 표준화하면\[\begin{aligned} P(28 \le \overline{X} \le 34) &= P\left(\frac{28 - 30}{2} \le Z \le \frac{34 - 30}{2}\right) = P(-1 \le Z \le 2) \\ &= P(0 \le Z \le 1) + P(0 \le Z \le 2) = 0.3413 + 0.4772 = 0.8185 \end{aligned}\]입니다.

【제10회 문제 3】 단계별 모범답안 및 수학적 논증 [2/2] (30점)

배점 30점
Step 3 [문제 3-ⅲ] 표준정규곡선의 대칭성을 이용한 \(h(t) = P(t \le \overline{X} \le t+4)\)의 최댓값 도출

함수 \(h(t) = P(t \le \overline{X} \le t + 4)\)를 표준정규확률변수 \(Z = \dfrac{\overline{X} - 30}{2}\)로 나타내면\[h(t) = P\left(\frac{t - 30}{2} \le Z \le \frac{t - 26}{2}\right)\]입니다. 적분 구간의 길이가 \(\dfrac{t - 26}{2} - \dfrac{t - 30}{2} = 2\)로 일정하므로, 표준정규분포의 확률밀도함수가 \(z = 0\)에 대하여 대칭이고 \(z = 0\)에서 최댓값을 갖는 단봉형 곡선이라는 성질에 의하여 구간의 양 끝점이 원점에 대칭일 때 확률 \(h(t)\)가 최대가 됩니다.\[\frac{t - 30}{2} + \frac{t - 26}{2} = 0 \iff 2t - 56 = 0 \iff t = 28\]이때 최댓값은\[h(28) = P(-1 \le Z \le 1) = 2P(0 \le Z \le 1) = 2 \times 0.3413 = 0.6826\]입니다.

평가 소문항 채점 기준
소문항 [3-ⅰ] 판별식 \(k^2 - 4 \gt 0\)으로 \(P(E) = \frac{2}{3}\) 및 \(P(R \ge 3) = \frac{16}{27}\), 조건부확률 \(\frac{1}{8}\) 도출 (10점)
소문항 [3-ⅱ] \(E(\overline{X}) = 30, \; \sigma(\overline{X}) = 2\) 산출 (4점)
소문항 [3-ⅱ] 표준화 \(P(-1 \le Z \le 2) = 0.3413 + 0.4772 = 0.8185\) 계산 (6점)
소문항 [3-ⅲ] 표준화 구간 \(\left[\frac{t-30}{2}, \frac{t-26}{2}\right]\)의 대칭 중심 조건으로 \(t = 28\) 유도 (5점)
소문항 [3-ⅲ] 최댓값 \(2P(0 \le Z \le 1) = 0.6826\) 완결 (5점)
🩺 각 문제별 감점 클리닉 [제10회 문제 3]
• 빈출 감점 포인트: [3-ⅰ]에서 첫 시행이 \(k=2\)일 확률을 \(P(E^c) = \frac{1}{3}\)로 잘못 대입하면 오답이 됩니다(\(E^c = \{1, 2\}\) 중 눈이 \(2\)인 사건이므로 확률은 \(\frac{1}{6}\)).
• 방어 전략: 조건부확률의 분자 사건이 '단순히 여사건 \(E^c\)가 일어나는 것'인지 '특정 눈 \(k=2\)가 나오는 것'인지 정확히 구별하여 확률을 부여하십시오.