수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

[문항 2] 제시문 (ㄱ)~(ㄹ)을 읽고 문제(논제 1, 논제 2)에 답하시오. (30점)

(ㄱ) 실수 a,  b\displaystyle a,\;b에 대하여 함수 f(x),  g(x),  h(x)\displaystyle f(x),\;g(x),\;h(x)를 다음과 같이 정의한다.

f(x)=2ln⁡x\displaystyle f(x)=2\ln x

g(x)=x+3x+a\displaystyle g(x)=x+\frac3x+a

h(x)=2x+bx\displaystyle h(x)=2x+\frac bx

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x),  g(x)\displaystyle f(x),\;g(x)에 대하여 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x)는 교점이 존재한다.

(ㄷ) 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x),  h(x)\displaystyle f(x),\;h(x)에 대하여 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)를 y\displaystyle y축 방향으로 평행이동하여 곡선 y=h(x)\displaystyle y=h(x)와의 교점이 두 개 이상 존재하도록 할 수 있다.

(ㄹ) (로그함수의 극한) x→0+\displaystyle x\to0+일 때, y=ln⁡x\displaystyle y=\ln x의 극한값은 다음과 같다.

lim⁡x→0+ln⁡x=−∞\displaystyle \lim_{x\to0+}\ln x=-\infty

논제 1. (15점) 제시문 (ㄴ)을 만족하는 상수 a\displaystyle a의 값의 범위를 구하고 그 근거를 논술하시오.

논제 2. (15점) 제시문 (ㄷ)을 만족하는 상수 b\displaystyle b의 값의 범위를 구하고 그 근거를 논술하시오.

해설강의 준비중

논제 1.

+3점

k(x)=f(x)−g(x)=2ln⁡x−x−3x−a\displaystyle k(x)=f(x)-g(x)=2\ln x-x-\frac3x-a라고 하자. 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x)가 교점이 존재하기 위해서는 f(x)=2ln⁡x\displaystyle f(x)=2\ln x의 정의역이 x>0\displaystyle x>0이므로, 방정식 k(x)=0\displaystyle k(x)=0이 양의 실근을 가져야 한다.

+3점

k′(x)=2x−1+3x2=−x2−2x−3x2=−(x+1)(x−3)x2\displaystyle k^{\prime}(x)=\frac2x-1+\frac3{x^2}=-\frac{x^2-2x-3}{x^2}=-\frac{(x+1)(x-3)}{x^2}이므로 k′(x)=0\displaystyle k^{\prime}(x)=0을 만족하는 양의 실근은 x=3\displaystyle x=3이다.

+4점

양수 구간에서 함수의 증감을 조사하면 다음과 같다.x0<x<33x>3k′(x)+0−k(x)↗2ln⁡3−4−a↘\displaystyle \begin{array}{c|c|c|c}x&0<x<3&3&x>3\\\hline k^{\prime}(x)&+&0&-\\\hline k(x)&\nearrow&2\ln3-4-a&\searrow\end{array}즉 x=3\displaystyle x=3에서 극댓값을 갖는다.

+5점

제시문 (ㄹ)에 의하여 lim⁡x→0+k(x)=lim⁡x→0+(2ln⁡x−x−3x−a)=−∞\displaystyle \lim_{x\to0+}k(x)=\lim_{x\to0+}\left(2\ln x-x-\frac3x-a\right)=-\infty이므로,극댓값이 0\displaystyle 0보다 크거나 같으면 양의 실근을 가진다.2ln⁡3−4−a≥0\displaystyle 2\ln3-4-a\geq0이어야 하므로 a\displaystyle a값의 범위는 a≤2ln⁡3−4\displaystyle a\leq2\ln3-4이다.

논제 2.

+5점

l(x)=f(x)−h(x)=2ln⁡x−2x−bx\displaystyle l(x)=f(x)-h(x)=2\ln x-2x-\frac bx라고 하자.곡선 y=l(x)\displaystyle y=l(x)를 y\displaystyle y축으로 평행이동 하여 x\displaystyle x축과 두 개 이상의 교점을 가질 수 있게 되는 경우에 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)를 y\displaystyle y축으로 평행이동 하여 곡선 y=h(x)\displaystyle y=h(x)와 두 개 이상의 교점을 가질 수 있게 된다. 또한 정의역이 x>0\displaystyle x>0이므로 y=l(x)\displaystyle y=l(x)가 x>0\displaystyle x>0에서 극값을 가지는 경우에 곡선 y=l(x)\displaystyle y=l(x)를 y\displaystyle y축으로 평행이동 하여 x\displaystyle x축과 두 개 이상의 교점을 가지도록 할 수 있다.

+5점

l′(x)=2x−2+bx2=−2x2−2x−bx2\displaystyle l^{\prime}(x)=\frac2x-2+\frac b{x^2}=-\frac{2x^2-2x-b}{x^2}에서 l(x)\displaystyle l(x)가 극값을 가지려면 2x2−2x−b=0\displaystyle 2x^2-2x-b=0이 중근이 아닌 양의 실근을 가져야 한다.

+5점

r(x)=2x2−2x−b\displaystyle r(x)=2x^2-2x-b라고 하면 r(x)\displaystyle r(x)는 x=12\displaystyle x=\frac12에서 최솟값을 가지므로, 최솟값 r(12)=−12−b<0\displaystyle r\left(\frac12\right)=-\frac12-b<0을 만족하면 된다. 따라서 b>−12\displaystyle b>-\frac12이다.

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