수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

의예과 3번

문제

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해설강의 준비중
+10점 · y=h(x)\displaystyle y=h(x)의 그래프는 다음과 같다. h(g(1))=5\displaystyle h(g(1))=5이므로 g(1)\displaystyle g(1)0,2,4\displaystyle 0,2,4 중 하나의 값이다.

y=h(x)\displaystyle y=h(x)의 그래프는 다음과 같다.

삼차함수 h(x)와 높이 5에서의 교점

h(g(1))=5\displaystyle h(g(1))=5이므로 g(1)\displaystyle g(1)0,2,4\displaystyle 0,2,4 중 하나의 값이다.

+60점 · 그런데 0a<1\displaystyle 0\le a<1이면 h(g(a))=a24a+8>5\displaystyle h(g(a))=a^2-4a+8>5이고 0g(a)4\displaystyle 0\le g(a)\le4이므로 아래 그래프로부터 0g(a)2\displaystyle 0\le g(a)\le2이다. 따라서 0lima1g(a)2\displaystyle 0\le\lim_{a\to1-}g(a)\le2이다. 또한, 1<a2\displaystyle 1<a\le2이면 h(g(a))=a24a+8<5\displaystyle h(g(a))=a^2-4a+8<5이고 0g(a)4\displaystyle 0\le g(a)\le4이므로 위 그래프로부터 2g(a)4\displaystyle 2\le g(a)\le4이다. 따라서 2lima1+g(a)4\displaystyle 2\le\lim_{a\to1+}g(a)\le4이다.

그런데 0a<1\displaystyle 0\le a<1이면 h(g(a))=a24a+8>5\displaystyle h(g(a))=a^2-4a+8>5이고 0g(a)4\displaystyle 0\le g(a)\le4이므로 아래 그래프로부터 0g(a)2\displaystyle 0\le g(a)\le2이다. 따라서 0lima1g(a)2\displaystyle 0\le\lim_{a\to1-}g(a)\le2이다.

a가 1의 왼쪽과 오른쪽에서 접근할 때 g(a)의 범위

또한, 1<a2\displaystyle 1<a\le2이면 h(g(a))=a24a+8<5\displaystyle h(g(a))=a^2-4a+8<5이고 0g(a)4\displaystyle 0\le g(a)\le4이므로 위 그래프로부터 2g(a)4\displaystyle 2\le g(a)\le4이다. 따라서 2lima1+g(a)4\displaystyle 2\le\lim_{a\to1+}g(a)\le4이다.

+20점 · 그런데 g(x)\displaystyle g(x)x=1\displaystyle x=1에서 연속이므로 g(1)=lima1+g(a)=lima1g(a)\displaystyle g(1)=\lim_{a\to1+}g(a)=\lim_{a\to1-}g(a)이고 따라서 g(1)2,  g(1)2\displaystyle g(1)\le2,\;g(1)\ge2이다. 그러므로 g(1)=2\displaystyle g(1)=2이다.

그런데 g(x)\displaystyle g(x)x=1\displaystyle x=1에서 연속이므로 g(1)=lima1+g(a)=lima1g(a)\displaystyle g(1)=\lim_{a\to1+}g(a)=\lim_{a\to1-}g(a)이고 따라서 g(1)2,  g(1)2\displaystyle g(1)\le2,\;g(1)\ge2이다. 그러므로 g(1)=2\displaystyle g(1)=2이다.

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