수리논술, 이게 다다.

의예과 2번

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문제

[문항 2] 제시문 (ㄱ)~(ㄹ)을 읽고 논제에 답하시오. (170점)

(ㄱ) 상수 a,b\displaystyle a,b에 대하여 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음과 같다. (단, a<0\displaystyle a<0)

f(x)=−ax+b−2\displaystyle f(x)=-\sqrt{ax+b}-2

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 f(x)\displaystyle f(x)의 역함수를 g(x)\displaystyle g(x)라 하자.

(ㄷ) 제시문 (ㄴ)의 g(x)\displaystyle g(x)는 다음 조건을 만족시킨다.

1. 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x)와 직선 y=x\displaystyle y=x가 두 점에서 만난다.

2. 두 교점 사이의 거리는 2\displaystyle \sqrt2이다.

(ㄹ) 제시문 (ㄷ)의 g(x)\displaystyle g(x)에 대하여, 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x)와 직선 y=x\displaystyle y=x로 둘러싸인 부분의 넓이를 S\displaystyle S라 할 때, S\displaystyle S는 a=k\displaystyle a=k에서 최댓값 M\displaystyle M을 갖는다.

논제. (170점) 제시문 (ㄴ)의 g(x)\displaystyle g(x) 및 제시문 (ㄹ)의 M\displaystyle M과 k\displaystyle k의 값을 구하고 그 근거를 논술하시오.

해설강의 준비중
+30점

f(x)=−ax+b−2\displaystyle f(x)=-\sqrt{ax+b}-2에서 f(x)≤−2\displaystyle f(x)\le-2이므로g(x)=x2+4x+4−ba,  x≤−2\displaystyle g(x)=\frac{x^2+4x+4-b}{a},\;x\le-2

+80점

h(x)=g(x)−x=x2+(4−a)x+4−ba\displaystyle h(x)=g(x)-x=\frac{x^2+(4-a)x+4-b}{a}라고 하면y=g(x)\displaystyle y=g(x)와 y=x\displaystyle y=x가 두 점에서 만나고, 두 교점 사이의 거리가 2\displaystyle \sqrt2이므로, h(x)=0\displaystyle h(x)=0은 x≤−2\displaystyle x\le-2에서 차가 1\displaystyle 1인 두 근을 가져야 한다. 두 근을 x1,x2(x2=x1+1)\displaystyle x_1,x_2(x_2=x_1+1)라 하고, 이러한 조건을 만족하는 경우를 살펴보면1) a<0\displaystyle a<0이므로 축 x=−4−a2<−2\displaystyle x=-\frac{4-a}{2}<-2를 만족한다.2) h(−2)=2a−ba≤0\displaystyle h(-2)=\frac{2a-b}{a}\le0이므로 2a≥b\displaystyle 2a\ge b를 만족해야 한다.3) (x2−x1)2=(4−a)2−4(4−b)=1\displaystyle (x_2-x_1)^2=(4-a)^2-4(4-b)=1이므로b=1+8a−a24\displaystyle b=\frac{1+8a-a^2}{4}이어야 하고, 이때D=1a2((4−a)2−4(4−b))=1a2\displaystyle D=\frac1{a^2}((4-a)^2-4(4-b))=\frac1{a^2}이므로, D>0\displaystyle D>0을 만족한다.2)와 3)에서 2a≥1+8a−a24\displaystyle 2a\ge\frac{1+8a-a^2}{4}, 즉 a≤−1\displaystyle a\le-1이다.

+40점

S=1a∫x1x2h(x)dx=1a∫x1x2(x−x1)(x−x2)dx\displaystyle S=\frac1a\int_{x_1}^{x_2}h(x)dx=\frac1a\int_{x_1}^{x_2}(x-x_1)(x-x_2)dx이므로Correction. 첫 번째 넓이 적분 앞의 1/a\displaystyle 1/a는 불필요한 계수이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.x=t+x1\displaystyle x=t+x_1이라고 치환하면, dxdt=1\displaystyle \frac{dx}{dt}=1이고S=1a∫01t(t−1)dt=1a[t33−t22]01=−16a\displaystyle S=\frac1a\int_0^1t(t-1)dt=\frac1a\Biggl[\frac{t^3}{3}-\frac{t^2}{2}\Biggr]_0^1=-\frac1{6a}

+20점

따라서 k=−1\displaystyle k=-1이고 M\displaystyle M은 16\displaystyle \frac16이다.

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