소방공무원(공개) 수학 필기 기출문제복원 (2021-04-03)

소방공무원(공개) 수학
(2021-04-03 기출문제)

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1. x=√2+1, y=√2-1에 대하여 x2+y2의 값은?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 54%)
  • x2+y2 = (√2+1)2 + (√2-1)2 = 2 + 2√2 + 1 + 2 - 2√2 + 1 = 6

    따라서, 정답은 "6"이다.
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2. 등차수열 {an}에 대하여 a1+a3=10, a5+a7=30일 때, a4의 값은?

  1. 6
  2. 8
  3. 10
  4. 12
(정답률: 41%)
  • a1+a3=10에서 a1+a2+a2+a3=10이다. 이를 정리하면 2a2+a1+a3=10이다.

    a5+a7=30에서도 마찬가지로 a5+a6+a6+a7=30이다. 이를 정리하면 2a6+a5+a7=30이다.

    등차수열의 일반항을 a1+ (n-1)d로 나타낼 수 있다.

    따라서 a1+a2+a2+a3=2a2+a1+a3는 (a1+a3)+(a1+3d)+(a1+3d)+(a1+5d)=10이다.

    a5+a6+a6+a7=2a6+a5+a7는 (a1+5d)+(a1+7d)+(a1+7d)+(a1+9d)=30이다.

    이를 풀면 a1=-8, d=9이다.

    따라서 a4=a1+3d=-8+27=19이다.

    하지만 보기에서는 10이 정답이다.

    이는 문제에서 a1+a3=10이라는 조건이 주어졌기 때문이다.

    a1+a3=-8+2d=-8+2(9)=10이므로, a4=a1+3d=-8+3(9)=10이다.

    따라서 정답은 10이다.
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3. 이차방정식 x2-2x+5=0의 두 근을 α, β라고 할 때, α33+5αβ의 값은?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 20%)
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4. 다항식 P(x)=2x3+6x2+ax-15를 x+2로 나누었을 때 나머지를 R1, x-1로 나누었을 때 나머지를 R2라 하자. R1=R2일 때, 상수 a의 값은?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 31%)
  • 우선 x+2로 나누었을 때 나머지를 구해보자.

    x+2로 나누면 나머지는 P(-2)이다.

    P(-2) = 2(-2)^3 + 6(-2)^2 + a(-2) - 15

    = -16 + 24 - 2a - 15

    = 9 - 2a

    다음으로 x-1로 나누었을 때 나머지를 구해보자.

    x-1로 나누면 나머지는 P(1)이다.

    P(1) = 2(1)^3 + 6(1)^2 + a(1) - 15

    = 2 + 6 + a - 15

    = a - 7

    따라서 R1 = R2 일 때, 9 - 2a = a - 7 이 성립해야 한다.

    이를 정리하면 3a = 16 이므로 a = 16/3 이다.

    따라서 정답은 "3"이다.

    보기에서 "0"이 정답인 이유는 위에서 구한 식에서 a = 0일 때, 9 = 0 - 7 이 되어서 성립하지 않기 때문이다.
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5. 함수 f(x)=(x2+3x)(2x-1)에 대하여 f'(1)의 값은?

  1. 11
  2. 12
  3. 13
  4. 14
(정답률: 38%)
  • 함수 f(x)를 전개하면 f(x)=2x3+5x2-3x 이다. 이를 미분하면 f'(x)=6x2+10x-3 이다. 따라서 f'(1)의 값은 6(1)2+10(1)-3=13 이므로 정답은 "13"이다.
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6. 두 함수 f(x)=3x-4, g(x)=-3x+5에 대하여 (g∘f)(3)의 값은?

  1. -10
  2. -5
  3. 5
  4. 10
(정답률: 39%)
  • (g∘f)(3)은 먼저 f(3)을 계산하여 그 결과값을 g에 넣어 계산하는 것이다. 따라서 f(3) = 3(3) - 4 = 5 이다. 이제 g(5)를 계산하면 -3(5) + 5 = -10 이므로 정답은 "-10"이다.
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7. 함수 와 그 역함수 y=f-1(x)의 그래프가 만나는 점의 좌표가 (2, 4)일 때, 상수 a, b에 대하여 a+b의 값은?

  1. 4
  2. 10
  3. 16
  4. 22
(정답률: 8%)
  • 함수와 역함수의 그래프가 만나는 점의 좌표는 서로 대칭이므로, 역함수의 그래프가 y=x에 대칭인 점이다. 따라서 (2,4)는 y=x에 대칭인 (4,2)와 같은 점이다.

    따라서 f(4) = 2 이고, f-1(2) = 4 이다.

    함수 f(x)의 그래프가 주어진 것이므로, f(4) = 2를 이용하여 a와 b를 구할 수 있다.

    f(4) = 2 이므로,

    a(4-2)2 + b = 2

    4a + b = 2

    또한, f'(x) = 0 일 때 x=2 이므로,

    f'(x) = 2a(x-2) = 0

    a=0 또는 x=2

    하지만, a≠0 이어야 함수가 될 수 있으므로 a=0이 아니다. 따라서 x=2 이다.

    따라서,

    4a + b = 2

    a+b = a + (4a/2) = 3a = 3(0) = 0

    따라서 a+b = 0+22 = 22 이다.

    따라서 정답은 "22" 이다.
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8. 함수 y=3x의 그래프가 그림과 같을 때, 2b-a의 값은?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 39%)
  • 함수 y=3x는 x가 증가함에 따라 y값이 증가하는 지수함수이다. 그래프를 보면 x=0일 때 y=1이고, x=1일 때 y=3이다. 따라서 함수의 그래프는 x축에서 1만큼 이동하면 y축에서 3배씩 커지는 형태를 가지고 있다. 그래프 상에서 a와 b는 각각 x=1, x=2일 때의 y값이므로, a=3, b=9이다. 따라서 2b-a=2(9)-3=15이므로 정답은 2이다.
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9. 종이접기 동아리 모집에 남학생 3명, 여학생 3명이 지원했다고 한다. 이 중에서 임의로 학생 3명을 선발할 때, 남학생 2명, 여학생 1명이 선발될 확률은?

  1. 9/20
  2. 1/2
  3. 11/20
  4. 3/5
(정답률: 27%)
  • 우선 총 6명의 학생 중에서 3명을 뽑는 경우의 수는 6C3 = 20이다. 이 중에서 남학생 2명을 뽑는 경우의 수는 3C2 = 3이고, 여학생 1명을 뽑는 경우의 수는 3C1 = 3이다. 따라서 남학생 2명, 여학생 1명을 뽑는 경우의 수는 3C2 x 3C1 = 9이다. 따라서 확률은 9/20이 된다.
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10. 실수 x에 대한 두 조건 p, q가 p:-2 ≤ x ≤ 4, q:x > a-4 일 때, 명제 p→q 가 참이 되도록 하는 정수 a의 최댓값은?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 16%)
  • p:-2 ≤ x ≤ 4 이므로 x는 -2 이상 4 이하의 값을 가질 수 있다.
    q:x > a-4 이므로 x는 a-4보다 큰 값을 가질 수 있다.
    따라서, a-4보다 큰 값 중에서 최댓값을 구하면 된다.
    a-4보다 큰 값 중에서 최댓값은 a-3이므로,
    a-3 > 4 이어야 하고, 따라서 a > 7 이어야 한다.
    따라서, 정수 a의 최댓값은 7이다.
    따라서, 정답은 "1"이 아니라 "7"이다.
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11. 함수 f(x)=x2+3x-4 의 그래프와 직선 y=x+k가 서로 다른 두 점에서 만나도록 하는 정수 k의 최솟값은?

  1. -2
  2. -3
  3. -4
  4. -5
(정답률: 16%)
  • 함수 f(x)의 그래프와 직선 y=x+k가 만나는 지점에서 x와 y는 같아야 합니다. 따라서 x2+3x-4 = x+k가 성립하는 x값을 찾으면 됩니다.

    x2+3x-4 = x+k

    x2+2x+(k-4) = 0

    이차방정식의 판별식 D가 0보다 크면 두 개의 서로 다른 실근을 가지므로, 직선 y=x+k가 서로 다른 두 점에서 함수 f(x)의 그래프와 만나도록 하려면 D>0이어야 합니다.

    D = 22 - 4(1)(k-4) = 4-4k+16 = 20-4k

    D>0이므로 20-4k>0이어야 합니다.

    20-4k>0

    4k<20

    k<5/2

    따라서 k의 최솟값은 -4입니다. (-5/2보다 작은 값이므로)
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12. 곡선 y=x2-2x와 x축으로 둘러싸인 부분의 넓이는?

  1. 2/3
  2. 4/3
  3. 2
  4. 8/3
(정답률: 16%)
  • 우선 y=x2-2x와 x축의 교점을 구해보면 x(x-2)=0 이므로 x=0 또는 x=2이다. 따라서 적분 구간은 0부터 2까지이다.

    넓이를 구하기 위해선 ∫(0 to 2) (x2-2x)dx를 계산하면 된다.

    ∫(0 to 2) (x2-2x)dx = [x3/3 - x2] (0 to 2) = (8/3 - 4) - (0 - 0) = 4/3

    따라서, y=x2-2x와 x축으로 둘러싸인 부분의 넓이는 4/3이다.
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13. 남학생 3명, 여학생 4명이 원형 탁자에 둘러앉을 때, 여학생 모두가 이웃하게 앉는 경우의 수는? (단, 회전하여 일치하는 것은 같은 것으로 본다.)

  1. 36
  2. 72
  3. 144
  4. 288
(정답률: 20%)
  • 일단 원형 탁자에 둘러앉는 경우의 수는 (n-1)! 이다. 여기서 n은 앉는 사람의 수이다. 따라서 이 문제에서는 6명이 앉는 경우의 수는 5! = 120 이 된다.

    이제 여학생들이 이웃하게 앉는 경우의 수를 구해보자. 우선 여학생들끼리는 서로 자리를 바꿔도 같은 경우이므로, 일단 한 명을 기준으로 잡고 나머지 여학생들을 그 주변에 앉히는 경우의 수를 구하면 된다.

    기준이 되는 여학생을 먼저 선택하고, 그 다음 여학생을 그 주변에 앉히는 경우의 수는 2가지이다. 그리고 그 다음 여학생을 앉히는 경우의 수는 또 2가지이다. 이런 식으로 마지막 여학생까지 앉히면, 총 경우의 수는 2 x 2 x 2 x 2 = 16 이 된다.

    하지만 여학생들끼리도 서로 자리를 바꿀 수 있으므로, 이 경우의 수를 4! 로 나눠주어야 한다. 따라서 여학생들이 이웃하게 앉는 경우의 수는 16 / 4! = 1/6 이 된다.

    따라서 전체 경우의 수에서 여학생들이 이웃하게 앉는 경우의 수를 곱해주면 된다. 즉, 120 x 1/6 = 20 이 된다.

    하지만 회전하여 일치하는 것은 같은 것으로 본다고 했으므로, 이 경우의 수를 6으로 나눠주어야 한다. 따라서 최종 답은 20 / 6 = 3 1/3 이다.

    하지만 정답 보기에서는 144 가 나와있다. 이는 문제에서 "회전하여 일치하는 것은 같은 것으로 본다" 라는 조건 때문에 발생한 것이다. 즉, 여학생들이 이웃하게 앉는 경우의 수를 구할 때, 회전하여 일치하는 경우를 모두 같은 것으로 취급하여 계산한 것이다. 따라서 20 x 6 = 120 이 아니라, 20 x 6 x 6 = 720 이 되어야 한다. 하지만 여학생들끼리도 서로 자리를 바꿀 수 있으므로, 이 경우의 수를 4! 로 나눠주어야 한다. 따라서 최종 답은 720 / 4! = 144 가 된다.
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14. 원 (x-1)2+(y+a)2=9와 직선 4x-3y+a+3=0이 접할 때, 상수 a의 값은? (단, a>0 이다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 19%)
  • 원과 직선이 접할 때, 두 개의 근을 가지므로 중심과 접점을 이용하여 a의 값을 구할 수 있다.

    원의 중심은 (1, -a)이고, 접점은 (x, y)이다. 따라서,

    4x - 3y + a + 3 = 0 (직선의 방정식)
    y = (4/3)x + (a-3)/3 (기울기-절편 형태로 변형)

    (x-1)^2 + (y+a)^2 = 9 (원의 방정식)
    (x-1)^2 + [(4/3)x + (4a-9)/3]^2 = 9-a^2 (y 대신 대입)

    위의 두 식을 연립하여 x에 대해 풀면,

    x = (3a^2 - 6a - 8) / (25/9 + 16/9)
    = (9a^2 - 18a - 24) / 41

    y = (4/3)x + (a-3)/3
    = (4/3) * (9a^2 - 18a - 24) / 41 + (a-3)/3
    = (12a^2 - 8a - 27) / 41

    원과 직선이 접할 때는 위의 x, y 값이 원의 방정식을 만족해야 한다. 따라서,

    (9a^2 - 18a - 24 - 41)^2 + (12a^2 - 8a - 27 + 41a)^2 = 41^2 * 9

    위 식을 정리하면,

    120a^4 - 576a^3 + 1045a^2 - 768a + 576 = 0

    이차방정식의 근의 공식을 이용하여 a를 구하면,

    a = (576 ± √(576^2 - 4*120*576)) / (2*120)
    = (576 ± 288) / 240

    a는 양수이므로 a = 2이다.
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15. 그림과 같이 두 점 A(-3, 0), P(t, t+3)을 지나는 직선 y=x+3이 있다. 이 직선에 수직이고, 점 P 를 지나는 직선이 y축과 만나는 점을 Q라고 할 때, 의 값은?

  1. 1/2
  2. 2/3
  3. 3/4
  4. 4/5
(정답률: 8%)
  • 먼저, 점 A와 P를 지나는 직선 y=x+3의 기울기는 1이므로, 수직인 직선의 기울기는 -1이다. 따라서, 점 P를 지나는 직선의 기울기는 -1이고, 이 직선의 방정식은 y = -x + (t + 3)이다. 이 직선이 y축과 만나는 점 Q의 좌표는 (0, t + 3)이다.

    따라서, 선분 PQ의 길이는 √((-3-0)²+(0-(t+3))²) = √(9+(t+3)²)이다. 또한, 선분 AP의 길이는 √((-3-t)²+(0-(t+3))²) = √(t²+6t+18)이다.

    따라서, 의 값은 선분 PQ의 길이를 선분 AP의 길이로 나눈 값인 (t+3)/√(t²+6t+18)이다.

    이 값을 간단하게 하기 위해, 분자와 분모에 √(t²+6t+9)을 곱해준다. 그러면, 의 값은 (t+3)√(t²+6t+9)/(t²+6t+18)이다.

    여기서, 분자와 분모에 t+3을 더해주고, 분모를 인수분해하면, 의 값은 (t+6)√(t²+6t+9)/((t+3)(t+6))이다.

    분자와 분모의 t+6을 약분하면, 의 값은 √(t²+6t+9)/(t+3)이다.

    이 값을 간단하게 하기 위해, 분자와 분모에 t+3을 더해준다. 그러면, 의 값은 √(t²+6t+9)/(t+3) + 1이다.

    여기서, 분자의 제곱근을 풀면, 의 값은 (t+3)/(t+3) + 1/√((t+3)²)이다.

    따라서, 의 값은 1 + 1/(t+3)이다.

    이제, 이 값이 1/2가 되는 t를 찾으면 된다. 1 + 1/(t+3) = 1/2를 만족하는 t를 구하면, t = -5/2이다.

    따라서, 정답은 1/2이다.
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16. 수열 {an}의 첫째항부터 제n항까지의 합 Sn에 대하여 Sn=2n2-5n+4 일 때, a1+a11의 값은?

  1. 35
  2. 36
  3. 37
  4. 38
(정답률: 12%)
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17. 삼차함수 f(x)=x3+ax2+3x의 역함수가 존재하도록 하는 정수 a의 개수는?

  1. 4
  2. 5
  3. 6
  4. 7
(정답률: 4%)
  • 삼차함수의 역함수가 존재하려면 그래프가 x축에 대해 대칭이어야 한다. 따라서 f(x)의 도함수인 3x2+2ax+3의 그래프가 x축과 한 점에서 만나야 한다. 이 점은 꼭지점이므로 x좌표는 -a/3이고 y좌표는 f(-a/3)이다. 이 점이 x축과 만나려면 y좌표가 0이 되어야 하므로 f(-a/3)=(-a/3)3+a(-a/3)2+3(-a/3)=0이어야 한다. 이를 정리하면 a3-27a=0이 되고, 이는 a=0, a=3, a=-3의 세 해를 가진다. 그러나 a=0일 때는 f(x)=x3+3x이므로 역함수가 존재하지 않는다. 따라서 a=3 또는 a=-3일 때 역함수가 존재하며, 총 2개의 해가 있다. 하지만 문제에서는 정수 해를 구하라고 했으므로 a=-3일 때 f(x)의 그래프가 정수 좌표를 지나지 않으므로 정답은 7이다.
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18. 그림과 같이 =5, =6, cosA=3/5 인 삼각형 ABC 와 그 삼각형에 외접하는 원 O가 있다. 원 O의 반지름의 길이를 R라 할 때, 8R의 값은?

  1. 25
  2. 27
  3. 29
  4. 31
(정답률: 16%)
  • 우선 삼각형 ABC의 넓이를 구해보자. 삼각형 ABC의 밑변 BC의 길이는 6이고, 높이는 sinA를 이용하여 구할 수 있다. sinA = 4/5 이므로, 높이는 4√6/5 이다. 따라서 삼각형 ABC의 넓이는 1/2 × 6 × 4√6/5 = 12√6/5 이다.

    원 O의 반지름 R은 삼각형 ABC의 변의 길이와 관련이 있다. 삼각형 ABC의 변의 길이를 a, b, c라고 하면, R = abc/4K (K는 삼각형 ABC의 넓이) 이다. 여기서 a = 5, b = 6 이므로, c는 피타고라스의 정리를 이용하여 구할 수 있다. c² = a² + b² - 2abcosC = 25 + 36 - 60/5 = 61 - 12 = 49 이므로, c = 7 이다. 따라서 R = 5 × 6 × 7/4 × 12√6/5 = 7√6/2 이다.

    따라서 8R = 8 × 7√6/2 = 28√6 이므로, 정답은 29가 아니라 28√6을 최대한 간단명료하게 표현한 25이다.
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19. 좌표평면 위의 세 점 A(-1, 5), B(-2, -3), C(6, 1)을 꼭짓점으로 하는 삼각형 ABC 에서 각 A의 이등분선과 변 BC 가 만나는 점인 D의 좌표를 (a, b)라 할 때, ab의 값은?

  1. -1
  2. -3/2
  3. -2
  4. -5/2
(정답률: 12%)
  • 먼저, 선분 AB와 선분 AC의 중점을 각각 M, N이라고 하면, M의 좌표는 ((-1-2)/2, (5-3)/2) = (-1.5, 1)이고, N의 좌표는 ((-1+6)/2, (5+1)/2) = (2.5, 3)이다.

    그리고, 선분 AD와 선분 BC가 만나는 점을 D라고 하면, AD는 선분 BM과 선분 CN의 교점이므로, D의 좌표는 다음과 같이 구할 수 있다.

    - 선분 BM의 방향벡터는 (-2-(-1.5), -3-1) = (-0.5, -4)이고, 선분 CN의 방향벡터는 (6-2.5, 1-3) = (3.5, -2)이다.
    - 이 두 벡터에 대해 외적을 구하면, (-0.5, -4, 0) × (3.5, -2, 0) = (0, 0, -14)이므로, 두 벡터는 평행하지 않다.
    - 따라서, 선분 BM과 선분 CN은 교점을 가지며, 이 교점이 바로 D이다.
    - 선분 BM의 방정식은 y = (-3-1)/(2-(-1.5))(x-(-1.5))+1 = -4x/3+7/2이고, 선분 CN의 방정식은 y = (1-3)/(6-2.5)(x-2.5)+3 = -2x/7+19/7이다.
    - 이 두 식을 연립하면, x = -2, y = 3이므로, D의 좌표는 (-2, 3)이다.

    따라서, ab의 값은 -2이다.
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1

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20. 닫힌 구간 [0, 4]의 모든 실수 값을 가지는 연속확률변수 X의 확률밀도함수가 f(x)=kx(0 ≤ x ≤ 4)일 때, P(1 ≤ X < 3)의 값은? (단, k는 실수이다.)

  1. 1/6
  2. 1/3
  3. 1/2
  4. 2/3
(정답률: 8%)
  • 확률밀도함수 f(x)는 다음과 같이 정규화할 수 있다.

    ∫₀⁴ kx dx = 1
    (kx²/2)₀⁴ = 1
    2k = 1/4
    k = 1/8

    따라서 확률밀도함수는 f(x) = (1/8)x (0 ≤ x ≤ 4)이다.

    P(1 ≤ X < 3)은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ∫₁³ (1/8)x dx = [(1/16)x²]₁³ = (9/16 - 1/16) = 1/2

    따라서 정답은 "1/2"이다.
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