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아주대 2023학년도 모의 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/ajou/2023mo/jayeon_1
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[1-1] (20점)(1) (10점) y=2x2−4x+a=2(x−1)2+a−2이므로, 꼭짓점의 x좌표는 1이고 이것이 구간 [a−2,a+2]에 포함되는지에 따라 최솟값을 아래와 같이 구할 수 있다.① −1≤a≤3인 경우: 구간 [a−2,a+2]에 꼭짓점의 x좌표 1이 포함되므로 x=1일 때 최솟값 a−2=20을 갖는다. 이때, a=22이므로 −1≤a≤3에 모순이다.② a<−1인 경우: a+2<1이므로 구간 [a−2,a+2]에서 주어진 함수는 감소하고, x=a+2일 때 최솟값 2(a+1)2+a−2=20을 갖는다. 2a2+5a=20이므로 근의 공식에 의해 a=4−5±185이고, a<−1이므로 a=4−5−185이다.③ a>3인 경우: a−2>1이므로 구간 [a−2,a+2]에서 주어진 함수는 증가하고, x=a−2일 때 최솟값 2(a−3)2+a−2=20을 갖는다. 2a2−11a+16=20이고 근의 공식에 의해 a=411±317이고, a>3이므로 a=411+317이다.따라서, a=4−5−185 또는 a=411+317이다.
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(2) (10점) f′(x)=1+4cos4x이므로, 0<x<2π에서 cos4x=−41를 만족하는 x를 θ1,θ2 (θ1<θ2)라 두자. 이때, 닫힌구간 [0,2π]에서 함수 f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 아래와 같다.
Correction.f(x)=x+sin4x−1이므로 증감표의 f(2π)는 2π−1이다. 최솟값에는 영향이 없다. 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
x=θ2일 때 f(x)=x+sin4x−1가 극솟값을 가지므로 f(0)과 f(θ2) 중 작은 값이 최솟값이 된다.한편, 4π<θ2<2π이고 cos4θ2=−41이므로 sin4θ2=−415이며, sin4θ2=−415<−23=sin34π이므로 θ2>3π임을 알 수 있다. 따라서, f(θ2)=θ2+sin4θ2−1>3π−415−1>−1=f(0)이므로 닫힌구간 [0,2π]에서 함수 f(x)의 최솟값은 f(0)=−1이다.
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[1-2] (30점)(1) (10점) 제시문 (나)에 의해, 주어진 곡선 위의 점 (t,2t2−3t−5)가 접점인 접선의 방정식이 점 (−1,−2)를 지나면 −2−(2t2−3t−5)=(4t−3)(−1−t)를 만족한다. 이것을 풀면 t=0,−2이므로, t=0일 때 접점 (0,−5)에서의 접선의 방정식은 y=−3x−5이고, t=−2일 때 접점 (−2,9)에서의 접선의 방정식은 y=−11x−13이다. 따라서, 구하고자 하는 영역은 아래 색칠된 영역과 같다.
색칠된 영역의 넓이를 적분으로 나타내고 계산하면,∫−2−1(2x2−3x−5)−(−11x−13)dx+∫−10(2x2−3x−5)−(−3x−5)dx=34이므로 구하고자 하는 영역의 넓이는 34이다.
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(2) (10점)주어진 삼차함수 f(x)에 대하여, 제시문 (다)에서와 같이 곡선 y=f(x) 위의 서로 다른 두 점 (p,f(p))와 (q,f(q))에서의 두 접선이 일치한다고 가정하자. 따라서 f′(p)=f′(q)=q−pf(q)−f(p)를 만족한다. 이때, p와 q는 서로 다르므로 p<q라 하자. 삼차함수 f(x)는 닫힌구간 [p,q]에서 연속이고 열린구간 (p,q)에서 미분가능하므로, 평균값 정리에 의해 q−pf(q)−f(p)=f′(c)이고 p<c<q인 c가 적어도 하나 존재한다. 따라서, 제시문 (다)와 평균값 정리에 의해 p<c<q인 어떤 c에 대하여 f′(p)=f′(c)=f′(q)가 성립한다.한편, f′(x)는 이차함수이고 f′(p)=f′(c)=f′(q)을 만족하는 서로 다른 세 실수 p,c,q가 존재할 수 없으므로, 삼차함수 f(x)에 대하여 곡선 y=f(x)위의 서로 다른 두 점에서의 접선이 일치한다는 가정에 모순이다.
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(3) (10점)곡선 y=x3−3x2−2에 대한 접선이 점 (t,t3−3t2−2)에서 접하며 점 (x0,y0)를 지난다고 하자.제시문 (나)에 의해, y0−t3+3t2+2=(3t2−6t)(x0−t)이므로 이를 t에 대해 정리하면 2t3−(3+3x0)t2+6x0t+(y0+2)=0이다. g(t)=2t3−(3+3x0)t2+6x0t+(y0+2)라 두자. 앞의 문항 (2)의 결과로부터 삼차함수의 그래프에 대한 각 접선은 정확히 하나의 접점만을 가져야 하므로, t에 대한 방정식 g(t)=0이 서로 다른 세 실근을 갖도록 하는 자연수 x0,y0를 구하면 된다.g′(t)=6t2−(6+6x0)t+6x0=(6t−6)(t−x0)이므로 함수 g(t)는 t=1,x0일 때 극값을 갖는다. 또한 x0,y0는 자연수이므로, g(1)=3x0+y0+1>0이다.함수 g(t)는 서로 다른 부호의 극값을 가져야 하므로, g(x0)=2x03−(3+3x0)x02+6x02+(y0+2)=−x03+3x02+2+y0<0이다. 이때, x0=3이면 g(x0)=−x03+3x02+2+y0=2+y0>0이므로, x0≥4이다. 따라서, x0+y0≥5이므로 구하고자 하는 답은 5이다.