공통수학1행렬과 그 연산수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

회전 닮음 변환 점열

문제

음이 아닌 모든 정수 nn에 대하여 좌표평면 위의 점 (xn,yn)( \mathit{x} _{n} , y _{n} )이 다음 조건을 만족시킨다.

(가) x0=1x _{0} = 1, y0=0y _{0} = 0

xn+1yn+1\displaystyle \begin{matrix} x _{n + 1} \\ y _{n + 1} \end{matrix} cosπ8sinπ8sinπ8cosπ8\displaystyle \begin{matrix} \cos \frac{\pi}{8} \\ \sin \frac{\pi}{8} \end{matrix} \begin{matrix} - \sin \frac{\pi}{8} \\ \cos \frac{\pi}{8} \end{matrix} 120012\displaystyle {\begin{matrix} \frac{1}{2} & 0 \\ 0 & \frac{1}{2} \end{matrix}} xnyn\displaystyle \begin{matrix} x _{n} \\ y _{n} \end{matrix} (나)

x98+y102=k(12)103\displaystyle x _{98} + y _{102} = k \left( \frac{1}{2} \right) ^{103}일 때, 상수 kk의 값은? [4점] 152\displaystyle 15 \sqrt{2}172\displaystyle 17 \sqrt{2}192\displaystyle 19 \sqrt{2}212\displaystyle 21 \sqrt{2}232\displaystyle 23 \sqrt{2}

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해설

(\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right. cosπ8sinπ8sinπ8cosπ8\displaystyle \begin{matrix} \cos \frac{\pi}{8} \\ \sin \frac{\pi}{8} \end{matrix} \begin{matrix} - \sin \frac{\pi}{8} \\ \cos \frac{\pi}{8} \end{matrix} )\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} ) 이라하자. 120012\displaystyle {\begin{matrix} \frac{1}{2} & 0 \\ 0 & \frac{1}{2} \end{matrix}} (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right. )\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} )

행렬 AA는 원점을 중심으로 π8\displaystyle \frac{\pi}{8}만큼 회전시키는 회전변환을 나타내는 행렬이고, 행렬 BB는 원점을 닮음의 중심으로 하고 닮음비가 12\displaystyle \frac{1}{2}인 닮음변환을 나타내는 행렬이다. (나)에서 (xn+1yn+1)=AB(xnyn)\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} x _{n + 1} \\ y _{n + 1} \end{matrix} \end{array} \right) = AB \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} x _{n} \\ y _{n} \end{matrix} \end{array} \right)이고 (가)에서 x0=1x _{0} = 1, y0=0y _{0} = 0이므로 x98=22(12)98\displaystyle x _{98} = \frac{\sqrt{2}}{2} \left( \frac{1}{2} \right) ^{98}, y102=22(12)102\displaystyle y _{102} = \frac{\sqrt{2}}{2} \left( \frac{1}{2} \right) ^{102} \therefore x98+y102=172(12)103\displaystyle x _{98} + y _{102} = 17 \sqrt{2} \left( \frac{1}{2} \right) ^{103} 따라서 k=172\displaystyle k = 17 \sqrt{2}

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