공통수학1행렬과 그 연산수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

행렬 암호

문제

갑은 암호장치를 이용하여 4개의 알파벳으로 이루어진 단어를 암호화된 행렬로 바꾸려고 한다. 암호장치는 33단계로 되어 있으며 그 과정은 다음과 같다. [1단계] 44개의 알파벳을 코드표를 이용하여 순서대로 코드번호 a1,a2,a3,a4a _{1} , a _{2} , a _{3} , a _{4}를 얻는다. [2단계] 코드번호 a1,a2,a3,a4a _{1} , a _{2} , a _{3} , a _{4}를 행렬 (a1a2a3a4)\displaystyle \begin{pmatrix} a _{1} & a _{2} \\ a _{3} & a _{4} \end{pmatrix}로 만든다. [3단계] 만들어진 행렬을 암호키인 이차정사각행렬 AA의 오른쪽에 곱하여 암호화된 행렬을 얻는다. [코드표]

알파벳abcdefghijklm
코드번호12345678910111213
알파벳nopqrstuvwxyz
코드번호14151617181920212223242526

그림은 ‘back’이 암호장치를 통하여 암호화된 행렬 (512311)\displaystyle \begin{pmatrix} 5 & 12 \\ 3 & 11 \end{pmatrix}로 바뀐 것이다.

(21311)\displaystyle \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 3 & 11 \end{pmatrix} A(21311)\displaystyle A \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 3 & 11 \end{pmatrix} (512311)\displaystyle \begin{pmatrix} 5 & 12 \\ 3 & 11 \end{pmatrix} a1=2a2=1a3=3a4=11\begin{aligned} a _{1} = 2 \\ a _{2} = 1 \\ a _{3} = 3 \\ a _{4} = 11 \end{aligned} [암호 장치] 입력 [2단계] [3단계]

이 때, 갑이 44개의 알파벳으로 이루어진 단어로 암호장치를 통하여 암호화된 행렬 (151778)\displaystyle \begin{pmatrix} 15 & 17 \\ 7 & 8 \end{pmatrix}를 얻었다면, 갑이 입력한 단어는? [4점] codehighmathnotestop

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해설

[출제의도] 행렬의 곱셈과 역행렬을 활용한 문제 해결하기 A(21311)=(512311)\displaystyle A \begin{pmatrix} 2 1 \\ 3 11 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 12 \\ 3 11 \end{pmatrix}이므로 A=(512311)119(11132)=(1101)\displaystyle A = \begin{pmatrix} 5 12 \\ 3 11 \end{pmatrix} \frac{1}{19} \begin{pmatrix} 11 - 1 \\ - 3 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 1 \\ 0 1 \end{pmatrix} A1=(1101)\displaystyle A ^{-1} = \begin{pmatrix} 1 - 1 \\ 0 1 \end{pmatrix}이다. 이 때, 갑이 1,1 , 22단계를 통해 얻은 행렬을 (x1x2x3x4)\displaystyle \begin{pmatrix} x _{1} x _{2} \\ x _{3} x _{4} \end{pmatrix}라 하면 A(x1x2x3x4)=(151778)\displaystyle A \begin{pmatrix} x _{1} x _{2} \\ x _{3} x _{4} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 15 17 \\ 7 8 \end{pmatrix}(x1x2x3x4)=(1101)(151778)=(8978)\displaystyle \begin{pmatrix} x _{1} x _{2} \\ x _{3} x _{4} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 - 1 \\ 0 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 15 17 \\ 7 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 9 \\ 7 8 \end{pmatrix} 따라서, 갑이 입력한 단어는 ‘high’이다.

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