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[원의 방정식-실전개념 ③] 두 원의 5대 위치관계, 교점을 지나는 원과 공통현, 둘레 이등분 총정리

  앞서 다룬 [실전개념 ①] 에서는 원의 정의와 평행이동, 사분면별 축 접촉을 정복했고, [실전개념 ②] 에서는 판별식을 버리고 중심 거리 $d$와 반지름 $r$로 원과 직선의 접선·극선을 완벽히 지배했습니다. 이제 원의 방정식 대단원을 완성하는 마지막 퍼즐, '두 원 사이의 기하학적 상호작용' 을 마스터할 차례입니다. 두 원이 만나는 문제를 마주하면 대다수의 학생들은 두 원의 방정식을 무작정 연립하여 $x, y$ 교점의 좌표를 구하려고 합니다. 하지만 두 원의 교점 좌표는 대부분 복잡한 무리수나 분수로 떨어져 계산 실수로 이어집니다. 두 원의 교점을 직접 구하지 않고 항등식의 원리($k$)로 교점을 지나는 새로운 원을 한 번에 정의하며, $k = -1$을 대입해 이차항을 소거함으로써 두 원의 교점을 관통하는 공통현(직선)을 단 3초 만에 유도하는 기하학적 통찰 이 필요합니다. 이번 실전개념 ③에서는 중심 거리 $d$와 두 반지름 $r_1, r_2$의 대소 관계로 판별하는 두 원의 5대 위치관계 부터 동적 변화 시뮬레이션 , 두 원의 교점을 지나는 원의 방정식 , 공통현의 길이 피타고라스 해법 , 그리고 내신 변별 1순위인 한 원이 다른 원의 둘레를 이등분하는 킬러 조건 까지 완벽하게 총정리합니다. 💡 [실전개념 ③] 두 원의 상호작용 4대 핵심 행동 강령 (Checklist) 교점 좌표 계산 금지: 두 원의 교점을 직접 연립하지 말고, 항상 항등식 $C_1 + kC_2 = 0$을 세운다. 공통현은 $k = -1$ (이차항 소거): 두 원의 일반형을 통째로 빼면($C_1 - C_2 = 0$) $x^2, y^2$이 사라지며 두 교점을 지나는 유일한 직선(공통현)이 된다. 공통현의 길이는 피타고라스: 공통현 직선과 한 원의 중심 사이 거리 $d$를 구한 뒤 $\text{현} = 2\sqrt{r^2 - d^2}$로 ...

[수능D-73]-수능수학1등급올리기-9월 모평 공통과목 14번 유형으로 등급굳히기

 


수능 수학 1등급 심화 변형문제 모음

수능 수학 고난도 융합형 변형문제 마스터 세트

함수의 이중 구조, 거듭제곱근·삼각함수 성질 및 수열의 배수 관계 추론 총집합

오늘은 수능을 73일 앞두고 있는 월요일입니다. 지난 9월 모평을 치르고 난 뒤, 각자의 위치에서 진솔한 반성과 함께 앞으로의 학습 계획을 탄탄하게 다지고 있으리라 믿습니다.

언제나 곧은 자세와 올바른 마음가짐으로 치열하게 달려온 오늘 하루도, 거울 속 자신을 진심으로 칭찬해 주는 멋진 하루로 만들어 봅시다.

이번 9월 모평 공통과목 14번 문항을 명확한 타겟으로 삼아, 여러 수학적 개념과 유형들을 유기적으로 융합하여 입체적으로 사고하는 힘을 기르는 것이 본 포스팅의 목적입니다. 실전에 바로 쓰이는 핵심 개념들을 단단하게 다지고, 다양한 복합 변형 문제들을 직접 풀어보며 실전 적응력을 극대화하여 여러분의 수학 점수를 확실하게 확고히 지켜내시길 바랍니다.

핵심 개념 및 성질 정리

  • 함수의 조건 제어 및 이중 구조: 변수의 성질에 따라 함숫값이 완전히 다르게 분기되며, 조건에 부합하지 않는 구간은 수열의 합에서 분모의 제약을 상쇄하는 대수적 필터링(노이즈 흡수 구간) 역할을 수행합니다.
  • 거듭제곱근의 지수 법칙과 정수 조건: 거듭제곱근 표현을 지수 형태로 변환하여 다루며, 결과가 자연수가 되기 위한 특정 거듭제곱수 성립 순간이 수열의 합에서 규칙이 재편되는 변곡점(Key Point)이 됩니다.
  • 수열의 합과 배수 관계 추론: 분수 형태의 수열 합이 자연수가 되려면 전체 누적 합이 특정 정수의 배수 조건을 만족해야 하며, 변곡점을 기준으로 주기성과 구간별 항 개수를 정확히 카운트해야 합니다.
📌 Part 1. 핵심 융합 변형 문제 (문제 1 ~ 문제 6)
문제 1. 함수의 이중 구조와 거듭제곱근의 배수 판정 추론
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $f(x)$가 다음과 같다.
$$f(x) = \begin{cases} 7 & (x \text{가 자연수가 아님}) \\ \frac{1}{n} & (x = n, \; n은 자연수) \end{cases}$$
다음 조건을 만족하는 모든 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[조건] 시그마 합의 값 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot f(\sqrt[4]{k})$ 이 자연수가 되도록 하는 $1,000$ 이하의 자연수 $n$의 개수
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 거듭제곱근 탈출: $\sqrt[4]{k}$가 자연수가 되려면 $k$가 4제곱수($1^4, 2^4, 3^4, \dots$)여야 합니다.
  • 노이즈 흡수: 4제곱수가 아닐 때는 $f(\sqrt[4]{k}) = 7$이 되어 항 전체가 $7k$ 형태의 노이즈 흡수 구간을 형성합니다.
  • 변곡점 추론: $k = m^4$일 때 함숫값이 $\frac{1}{m}$로 바뀌며 배수 판정 주기를 재편합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 2. 로그 함수와 자연수 조건의 융합 추론
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $g(x)$가 다음과 같다.
$$g(x) = \begin{cases} 3 & (x \text{가 자연수가 아님}) \\ \frac{1}{m} & (x = 2^m, \; m은 자연수) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} 3k \cdot g(\log_2 k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $500$ 이하의 자연수 $n$의 최댓값을 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 로그 진수 조건: $\log_2 k$가 자연수가 되려면 $k$가 2의 거듭제곱($2^1, 2^2, 2^3, \dots$)이어야 합니다.
  • 대수적 필터링: $2^m$ 꼴이 아닐 때는 $g(\log_2 k) = 3$으로 고정되어 필터링 역할을 수행합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 3. 역삼각함수와 삼각함수의 융합 추론
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $f(x)$가 다음과 같다.
$$f(x) = \begin{cases} 5 & (x \text{가 자연수가 아님}) \\ \frac{1}{m} & (x = m, \; m은 자연수) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot f\left(\frac{6}{\pi} \sin^{-1}\left(\sin \frac{k\pi}{3}\right)\right)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $100$ 이하의 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 삼각함수 주기 변환: $\sin \frac{k\pi}{3}$ 값에 따라 역삼각함수 $\sin^{-1}$을 거쳐 자연수로 탈출하는 변곡점을 포착합니다.
  • 배수 주기 카운트: 전체 합이 5의 배수가 되는 조건을 만족하는 $n$의 범위를 추적합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 4. 삼각함수의 그래프 대칭성과 로그 융합
[문제]
자연수 $n$에 대하여 함수 $g(x)$가 다음과 같다.
$$g(x) = \begin{cases} 3 & (x \text{가 자연수가 아님}) \\ \frac{1}{m} & (x = m, \; m은 자연수) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} 3k \cdot g\left(\log_2 (2 \cos^2 \frac{k\pi}{3})\right)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $200$ 이하의 자연수 $n$의 최댓값을 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 로그 진수와 삼각함수: $\cos^2 \frac{k\pi}{3}$ 값이 로그 진수에 들어가 자연수가 되는 규칙을 찾습니다.
  • 구간 추론: 누적 합이 3의 배수를 만족하는 최대 $n$을 도출합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 5. 삼각함수의 값의 범위와 수열의 배수 관계
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $f(x)$가 다음과 같다.
$$f(x) = \begin{cases} 4 & \left(\sin \frac{x\pi}{3} \text{의 값이 정수가 아님}\right) \\ \frac{1}{m} & \left(\sin \frac{x\pi}{3} = m, \; m은 정수\right) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot f(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $150$ 이하의 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 함수 분기 조건 변형: $\sin \frac{k\pi}{3}$의 값이 정수가 되는 순간과 무리수가 되는 순간이 이중 분기됩니다.
  • 노이즈 흡수: 정수가 아닌 항들은 $f(k) = 4$로 고정되어 4의 배수 조건을 형성합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 6. 탄젠트 함수의 값의 범위와 수열의 배수 관계
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $f(x)$가 다음과 같다.
$$f(x) = \begin{cases} 6 & \left(\tan \frac{x\pi}{4} \text{의 값이 정수가 아님}\right) \\ \frac{1}{m} & \left(\tan \frac{x\pi}{4} = m, \; m은 정수\right) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot f(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $200$ 이하의 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 탄젠트 분기 제어: $\tan \frac{k\pi}{4}$의 값이 정수이거나 정의되는 주기적 순간을 포착합니다.
  • 필터링 상쇄: 정의되지 않거나 정수가 아닌 구간은 $f(k) = 6$으로 고정되어 6의 배수 주기를 만듭니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
📌 Part 2. 심화 변형 마스터 세트 (문제 7 ~ 문제 11)
문제 7. 지수함수의 거듭제곱과 수열
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $f(x)$가 다음과 같다.
$$f(x) = \begin{cases} 5 & (2^x \text{의 값이 정수가 아님}) \\ \frac{1}{m} & (2^x = m, \; m은 자연수) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot f(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $100$ 이하의 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 지수함수의 값 분기: 변수 $k$가 자연수일 때, $2^k$의 값은 항상 자연수가 됩니다. 지수적 증가 주기에 따른 변곡점을 추적합니다.
  • 대수적 필터링: 조건에 부합하지 않는 항들은 $f(k) = 5$로 고정되어 5의 배수 조건을 형성합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 8. 가우스 기호와 다항함수
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $g(x)$가 다음과 같다.
$$g(x) = \begin{cases} 3 & (\sqrt{x} \text{의 정수 부분이 홀수가 아님}) \\ \frac{1}{m} & (\sqrt{x} = m, \; m은 홀수) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot g(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $150$ 이하의 자연수 $n$의 최댓값을 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 정수 부분 및 홀수 조건 분기: $\sqrt{k}$의 정수 부분이 홀수일 때만 값이 변하고, 그 외에는 $3$으로 필터링됩니다.
  • 구간별 카운트: 홀수 제곱수 구간($1^2, 3^2, 5^2, \dots$) 사이의 규칙 변화를 파악하고 3의 배수 조건을 엮습니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 9. 역삼각함수와 수열
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $h(x)$가 다음과 같다.
$$h(x) = \begin{cases} 7 & \left(\frac{6}{\pi} \sin^{-1}\left(\sin \frac{x\pi}{6}\right) \text{이 정수가 아님}\right) \\ \frac{1}{m} & \left(\frac{6}{\pi} \sin^{-1}\left(\sin \frac{x\pi}{6}\right) = m, \; m은 정수\right) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot h(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $200$ 이하의 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 역삼각함수와 삼각함수의 합성: $\sin^{-1}(\sin \theta)$의 성질을 활용해 최종 결과가 정수가 되는 순간을 포착합니다.
  • 노이즈 구간 흡수: 정수가 되지 않는 항들은 $h(k) = 7$로 흡수되어 7의 배수 주기를 분석합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 10. 절댓값과 분수식 구조
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $p(x)$가 다음과 같다.
$$p(x) = \begin{cases} 4 & \left(\left|\frac{x-2}{3}\right| \text{의 값이 정수가 아님}\right) \\ \frac{1}{m} & \left(\left|\frac{x-2}{3}\right| = m, \; m은 정수\right) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot p(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $120$ 이하의 자연수 $n$의 개수를 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 등차 규칙과 절댓값: $|k-2|$가 3의 배수가 되는 주기를 포착합니다.
  • 필터링 상쇄: 나머지 모든 $k$에 대해 $p(k) = 4$로 고정되어 4의 배수 조건을 만족하는 구간 개수를 카운트합니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.
문제 11. 다항식의 약수 성질
[문제]
실수 전체의 집합에서 정의된 함수 $q(x)$가 다음과 같다.
$$q(x) = \begin{cases} 6 & (x^2 - x \text{가 5의 배수가 아님}) \\ \frac{1}{m} & (x^2 - x = 5m, \; m은 자연수) \end{cases}$$
이때 수열의 합 $\sum_{k=1}^{n} k \cdot q(k)$의 값이 자연수가 되도록 하는 $250$ 이하의 자연수 $n$의 최댓값을 구하시오.
[출제의도 및 해설 포인트]
  • 대수식 배수 조건: 다항식 $k^2 - k = k(k-1)$의 5의 배수 성질을 활용합니다.
  • 나머지 주기성: 5진법적 주기성과 6의 배수 필터링 구조를 엮은 최고난도 융합 문제입니다.
정답 및 풀이 보기
정답: 추후 풀이 과정을 업데이트할 예정입니다.

💡 율초의 한마디

수능 고난도 킬러·준킬러 문항의 본질은 결국 '복잡한 조건 속에서 규칙성과 주기를 찾아내는 통찰력'에 있습니다. 함수가 이중으로 분기될 때 당황하지 말고, 노이즈 흡수 구간과 변곡점(거듭제곱수·특수각 등)을 정확히 분리하여 배수 관계를 추론하는 연습을 반복한다면 어떠한 신유형 변형 문제도 거뜬히 정복할 수 있을 것입니다. 여러분의 1등급을 진심으로 응원합니다!

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