(ㄱ) 실수 a,b와 정의역이 {x∣x<0}인 유리함수 f(x)=x1, 정의역이 {x∣x>−a}인 유리함수 g(x)=x+a1−b에 대하여 다음을 만족하는 좌표평면 위의 점 (a,b)가 나타내는 영역을 D라고 하자.
곡선 y=f(x)에 접하고 동시에 곡선 y=g(x)에 접하는 직선이 있다.
(ㄴ) 점 P(23,0), 점 Q(−23,0)에 대하여, 제1사분면 위의 점 R(x,y)가 제시문 (ㄱ)의 영역 D에 속하지 않을 때, 선분 PR의 길이와 선분 QR의 길이의 합을 M이라고 하자. (단, x>0,y>0)
[논제] (90점) 제시문 (ㄱ)의 영역 D를 좌표평면 위에 나타내고 그 근거를 논술하시오. 또한 제시문 (ㄴ)의 M의 값의 범위를 구하고 그 근거를 논술하시오.
해설강의 준비중
가톨릭대 2018학년도 수시 의예과 4번 · mathesis.kr/archive/catholic/2018su/uiye_4
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곡선 y=f(x), 곡선 y=g(x)에 동시에 접하는 직선을 l, 곡선 y=f(x)와의 교점을 (p,p1), 곡선 y=g(x)와의 교점을 (q,q+a1−b)라고 하면 직선 l위의 점 (x,y)는 다음 두 식을 모두 만족하여야 한다.y=−p21x+p2,y=−(q+a)21x+(q+a)2q+q+a1−b따라서p2=(q+a)2,p2=(q+a)2q+q+a1−b,⋯①p<0이고 q>−a이므로 ①의 첫 번째 식에서 q+a=−p이 되고 두 번째 식에 대입하면 다음의 방정식을 얻을 수 있다.p2a+p4+b=0⇒h(p)=bp2+4p+a=0(단, p<0)그러므로 방정식 h(x)=0이 음수인 해를 한 개 이상 가져야 한다.
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I) b=0인 경우h(x)=4x+a가 되어 a>0이면 방정식 h(x)=0은 음수인 해를 갖는다.II) b=0인 경우h(x)=b(x2+b4x+ba)이다. 따라서 ba<0이면 방정식 h(x)=0은 양수와 음수인 실근을 각각 하나씩 갖는다.ba≥0이면 이차 방정식의 판별식과 근과 계수의 관계로부터 방정식 h(x)=0은 4−ab≥0이고 −b4<0일 때 음수의 실근을 갖는다.
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I), II)으로부터 영역 D는 b>0이면 ab≤4이고 b≤0이면 a>0이다. 이를 좌표평면에 나타내면 다음과 같다.
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점 R이 영역 D에 속하지 않으므로, 다음이 성립한다.xy>4(x>0)그리고 타원의 정의로부터 점 R은 장축의 길이가 M이고 두 초점이 각각 P,Q인 타원 위에 있다. 따라서M24x2+M2−484y2=1(단, M2>48)도 만족한다.
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위의 그림으로부터 선분 PR의 길이와 선분 QR의 길이의 합 M이 갖는 범위는 다음의 연립 방정식이 서로 다른 두 교점을 갖게 하는 범위와 같다.M24x2+M2−484y2=1,y=x4(단, x,y>0,M2>48)
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따라서M24x2+(M2−48)x243=1⇒4(M2−48)t2−M2(M2−48)t+43M2=0(단, t=x2)위의 방정식이 다른 두 개의 양의 실근을 가져야 하므로, 2차방정식의 판별식과 근과 계수의 관계로부터 다음을 얻을 수 있다.M4−48M2−45>0⇒M2>64따라서 M의 값의 범위는 다음과 같다.M>8.