공통수학2집합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

배수와 약수 집합

문제

두 자연수 aa, b(b20)b \left( b \leq 20 \right)에 대하여 전체집합 U={xxU = \left\{ x \left| x \right. \right.20\mathrm{20} 이하의 자연수}\left. \right\}의 두 부분집합 A={xxA = \left\{ x \left| x \right. \right.aa의 배수, xU}\left. x \in U \right\}, B={xxB = \left\{ x \left| x \right. \right.bb의 약수, xU}\left. x \in U \right\} 가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) {3,6}AB\left\{ 3 , 6 \right\} \subset A \cap B (나) n(BA)=2n \left( B - A \right) = 2

집합 ABA - B의 모든 원소의 합의 최솟값을 구하시오. [4점]

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해설

ABAA \cap B \subset A이므로 조건 (가)에서 {3,6}A\left\{ 3 , 6 \right\} \subset A 3\mathrm{3}, 6\mathrm{6}이 모두 aa의 배수이므로 a=1a = 1 또는 a=3a = 3 a=1a = 1이면 A=UA = U가 되어 BA=B - A = \emptyset이므로 조건 (나)를 만족시키지 않는다. 그러므로 a=3a = 3이고, A={3,6,9,12,15,18}A = \left\{ 3 , 6 , 9 , 12 , 15 , 18 \right\} 또한 ABBA \cap B \subset B이므로 조건 (가)에서 {3,6}B\left\{ 3 , 6 \right\} \subset B 3\mathrm{3}, 6\mathrm{6}이 모두 bb의 약수이므로 b=6b = 6 또는 b=12b = 12 또는 b=18b = 18 (ⅰ) b=6b = 6일 때 B={1,2,3,6}B = \left\{ 1 , 2 , 3 , 6 \right\}이므로 BA={1,2}B - A = \left\{ 1 , 2 \right\}가 되어 조건 (나)를 만족시킨다. AB={9,12,15,18}A - B = \left\{ 9 , 12 , 15 , 18 \right\}이므로 집합 ABA - B의 모든 원소의 합은 9+12+15+18=549 + 12 + 15 + 18 = 54 (ⅱ) b=12b = 12일 때 B={1,2,3,4,6,12}B = \left\{ 1 , 2 , 3 , 4 , 6 , 12 \right\}이므로 BA={1,2,4}B - A = \left\{ 1 , 2 , 4 \right\}가 되어 조건 (나)를 만족시키지 않는다. (ⅲ) b=18b = 18일 때 B={1,2,3,6,9,18}B = \left\{ 1 , 2 , 3 , 6 , 9 , 18 \right\}이므로 BA={1,2}B - A = \left\{ 1 , 2 \right\}가 되어 조건 (나)를 만족시킨다. AB={12,15}A - B = \left\{ 12 , 15 \right\}이므로 집합 ABA - B의 모든 원소의 합은 12+15=2712 + 15 = 27 따라서 (ⅰ), (ⅱ), (ⅲ)에 의하여 집합 ABA - B의 모든 원소의 합의 최솟값은 27\mathrm{27}

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