수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

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

(ㄱ) 계수가 실수인 삼차함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음을 만족한다.

(1) f(12)=174\displaystyle f\left(\frac12\right)=\frac{17}{4}

(2) 실수 a\displaystyle a에 대하여 f(a)=0\displaystyle f(a)=0이고 f′′(a)=−12\displaystyle f^{\prime\prime}(a)=-12이다. (단, f′′(x)\displaystyle f^{\prime\prime}(x)는 f(x)\displaystyle f(x)의 이계도함수이다.)

(3) 복소수 z\displaystyle z에 대하여 2z+9,  −z−34i\displaystyle 2z+9,\;-z-\frac34i는 방정식 f(x)=0\displaystyle f(x)=0의 서로 다른 두 허근이다. (단, i=−1\displaystyle i=\sqrt{-1})

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 정의역이 {x∣1≤x≤2}\displaystyle \{x\mid1\leq x\leq2\}인 다음 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 최댓값은 M\displaystyle M, 최솟값은 m\displaystyle m이다.

g(x)=f(x)+36f(x)\displaystyle g(x)=f(x)+\frac{36}{f(x)}

논제 1. (15점) 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x)\displaystyle f(x)를 구하고 그 근거를 논술하시오.

논제 2. (15점) 제시문 (ㄴ)의 M\displaystyle M과 m\displaystyle m의 값을 구하고 그 근거를 논술하시오.

해설강의 준비중

논제 1.

+6점

z=α+βi\displaystyle z=\alpha+\beta i(α,  β\displaystyle \alpha,\;\beta는 실수)라 하자. 2z+9,  −z−34i\displaystyle 2z+9,\;-z-\frac34i가 방정식 f(x)=0\displaystyle f(x)=0의 서로 다른 두 허근이므로 다음을 만족한다.2z+9‾=2α+9−2βi=−α−(β+34)i=−z−34i\displaystyle \overline{2z+9}=2\alpha+9-2\beta i=-\alpha-\left(\beta+\frac34\right)i=-z-\frac34i따라서, α=−3,  β=34\displaystyle \alpha=-3,\;\beta=\frac34이고, 방정식 f(x)=0\displaystyle f(x)=0의 두 허근은 3+32i,  3−32i\displaystyle 3+\frac32i,\;3-\frac32i이다.

+9점

방정식 f(x)=0\displaystyle f(x)=0의 실근을 a\displaystyle a라고 하면 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.f(x)=b(x−a)(x2−6x+454)(단,  b≠0)\displaystyle f(x)=b(x-a)\left(x^2-6x+\frac{45}{4}\right)\qquad(\text{단},\;b\ne0)제시문 (ㄱ)의 조건 (1)로 부터f(12)=172b(12−a)=174이므로b=11−2a\displaystyle f\left(\frac12\right)=\frac{17}{2}b\left(\frac12-a\right)=\frac{17}{4}\quad\text{이므로}\quad b=\frac1{1-2a}이것과 제시문 (ㄱ)의 조건 (2)로 부터f′′(a)=2b(2a−6)=−12이므로a−3=−3(1−2a)\displaystyle f^{\prime\prime}(a)=2b(2a-6)=-12\quad\text{이므로}\quad a-3=-3(1-2a)따라서 a=0,  b=1\displaystyle a=0,\;b=1이고, 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음과 같다.f(x)=x(x2−6x+454)=x3−6x2+454x\displaystyle f(x)=x\left(x^2-6x+\frac{45}{4}\right)=x^3-6x^2+\frac{45}{4}x

논제 2.

+7점

f(x)=x3−6x2+454x\displaystyle f(x)=x^3-6x^2+\frac{45}{4}x이면 f′(x)=3x2−12x+454=3(x−32)(x−52)\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2-12x+\frac{45}{4}=3\left(x-\frac32\right)\left(x-\frac52\right)이 때, f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0을 만족시키는 x\displaystyle x의 값은 x=32\displaystyle x=\frac32 또는 x=52\displaystyle x=\frac52이다.닫힌구간 [1,2]\displaystyle [1,2]에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.x1⋯32⋯2f′(x)+0−f(x)254↗274↘264\displaystyle \begin{array}{c|c|c|c|c|c}x&1&\cdots&\frac32&\cdots&2\\\hline f^{\prime}(x)&&+&0&-&\\\hline f(x)&\frac{25}{4}&\nearrow&\frac{27}{4}&\searrow&\frac{26}{4}\end{array}따라서 1≤x≤2\displaystyle 1\leq x\leq2일 때, 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음의 범위를 갖는다.254≤f(x)≤274\displaystyle \frac{25}{4}\leq f(x)\leq\frac{27}{4}

+8점

함수 h(t)=t+36t\displaystyle h(t)=t+\frac{36}{t}라고 하면, g(x)=h(f(x))\displaystyle g(x)=h(f(x))이다. 따라서, 제시문 (ㄴ)의 최댓값 M\displaystyle M은 닫힌구간 [254,274]\displaystyle \left[\frac{25}{4},\frac{27}{4}\right]에서 함수 h(t)\displaystyle h(t)의 최댓값과 같고 최솟값 m\displaystyle m은 닫힌구간 [254,274]\displaystyle \left[\frac{25}{4},\frac{27}{4}\right]에서 함수 h(t)\displaystyle h(t)의 최솟값과 같다.254≤t≤274\displaystyle \frac{25}{4}\leq t\leq\frac{27}{4}일 때, h′(t)=1−36t2>0\displaystyle h^{\prime}(t)=1-\frac{36}{t^2}>0이므로 함수 h(t)\displaystyle h(t)는 닫힌구간 [254,274]\displaystyle \left[\frac{25}{4},\frac{27}{4}\right]에서 증가한다.따라서 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 최댓값 M\displaystyle M과 최솟값 m\displaystyle m은 다음과 같다.M=h(274)=274+163=14512,m=h(254)=254+14425=1201100\displaystyle M=h\left(\frac{27}{4}\right)=\frac{27}{4}+\frac{16}{3}=\frac{145}{12},\qquad m=h\left(\frac{25}{4}\right)=\frac{25}{4}+\frac{144}{25}=\frac{1201}{100}

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