수리논술, 이게 다다.

의예과 3번

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문제

[문항 3] 제시문 (ㄱ)~(ㄴ)을 읽고 논제에 답하시오. (90점)

(ㄱ) [함수의 극한의 대소 관계] 두 함수 f(x),g(x)\displaystyle f(x),g(x)에서 lim⁡x→af(x)=α,  lim⁡x→ag(x)=β\displaystyle \lim_{x\to a}f(x)=\alpha,\;\lim_{x\to a}g(x)=\beta(α,β\displaystyle \alpha,\beta는 실수)일 때, a\displaystyle a에 가까운 모든 x\displaystyle x의 값에서 f(x)≤g(x)\displaystyle f(x)\le g(x)이면 α≤β\displaystyle \alpha\le\beta이다. 함수의 극한의 대소 관계는 x→a+,  x→a−,  x→∞,  x→−∞\displaystyle x\to a+,\;x\to a-,\;x\to\infty,\;x\to-\infty인 경우에도 성립한다.

(ㄴ) 집합 X={x∣0≤x≤4}\displaystyle X=\{x\mid0\le x\le4\}에 대하여 X\displaystyle X에서 X\displaystyle X로의 함수 g(x)\displaystyle g(x)는 x=1\displaystyle x=1에서 연속이고, 함수 h(x)=x3−6x2+8x+5\displaystyle h(x)=x^3-6x^2+8x+5와 0≤x≤4\displaystyle 0\le x\le4인 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 다음이 성립한다.

h(g(x))=x2−4x+8\displaystyle h(g(x))=x^2-4x+8

[논제] (90점) 제시문 (ㄴ)의 함수 g(x)\displaystyle g(x)에 대하여 g(1)\displaystyle g(1)의 값을 구하고 그 과정을 논술하시오.

해설강의 준비중
+10점

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)은 0,2,4\displaystyle 0,2,4 중 하나의 값이다.

+60점

그런데 0≤a<1\displaystyle 0\le a<1이면 h(g(a))=a2−4a+8>5\displaystyle h(g(a))=a^2-4a+8>5이고 0≤g(a)≤4\displaystyle 0\le g(a)\le4이므로 아래 그래프로부터 0≤g(a)≤2\displaystyle 0\le g(a)\le2이다. 따라서 0≤lim⁡a→1−g(a)≤2\displaystyle 0\le\lim_{a\to1-}g(a)\le2이다.

a가 1의 왼쪽과 오른쪽에서 접근할 때 g(a)의 범위

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

+20점

그런데 g(x)\displaystyle g(x)는 x=1\displaystyle x=1에서 연속이므로 g(1)=lim⁡a→1+g(a)=lim⁡a→1−g(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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