수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

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논제 1.

+10점 · f(x)\displaystyle f(x)가 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 삼차함수이고 f(0)=1\displaystyle f(0)=1이므로 f(x)=x3+px2+qx+1\displaystyle f(x)=x^3+px^2+qx+1이다. f(x)\displaystyle f(x)의 도함수를 g(x)\displaystyle g(x)라고 하면 g(x)=f(x)=3x2+2px+q\displaystyle g(x)=f^{\prime}(x)=3x^2+2px+q이고, 도함수 g(x)\displaystyle g(x)x=0\displaystyle x=0에서 극값을 가지므로 g(0)=2p=0\displaystyle g^{\prime}(0)=2p=0이다. 따라서 f(x)=x3+qx+1\displaystyle f(x)=x^3+qx+1이고 f(x)=3x2+q\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2+q이다. f(x)\displaystyle f(x)가 극값을 가지므로 q<0\displaystyle q<0이고, c=q/3\displaystyle c=\sqrt{-q}/\sqrt3라고 하면 q=3c2\displaystyle q=-3c^2이므로 f(x)=x33c2x+1\displaystyle f(x)=x^3-3c^2x+1이다. f(±c)=0\displaystyle f^{\prime}(\pm c)=0이고 c>0\displaystyle c>0이므로 x=c\displaystyle x=-c에서 극댓값 f(c)=2c3+1>1\displaystyle f(-c)=2c^3+1>1을 가지고, x=c\displaystyle x=c에서 극솟값 f(c)=2c3+1<1\displaystyle f(c)=-2c^3+1<1을 가진다. 그러므로 2c3+1=3\displaystyle 2c^3+1=3이고 c=1\displaystyle c=1이다. 따라서 f(x)=x33x+1\displaystyle f(x)=x^3-3x+1이다.

f(x)\displaystyle f(x)가 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 삼차함수이고 f(0)=1\displaystyle f(0)=1이므로f(x)=x3+px2+qx+1\displaystyle f(x)=x^3+px^2+qx+1이다.f(x)\displaystyle f(x)의 도함수를 g(x)\displaystyle g(x)라고 하면 g(x)=f(x)=3x2+2px+q\displaystyle g(x)=f^{\prime}(x)=3x^2+2px+q이고, 도함수 g(x)\displaystyle g(x)x=0\displaystyle x=0에서 극값을 가지므로 g(0)=2p=0\displaystyle g^{\prime}(0)=2p=0이다.따라서 f(x)=x3+qx+1\displaystyle f(x)=x^3+qx+1이고 f(x)=3x2+q\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2+q이다.f(x)\displaystyle f(x)가 극값을 가지므로 q<0\displaystyle q<0이고, c=q/3\displaystyle c=\sqrt{-q}/\sqrt3라고 하면 q=3c2\displaystyle q=-3c^2이므로 f(x)=x33c2x+1\displaystyle f(x)=x^3-3c^2x+1이다.f(±c)=0\displaystyle f^{\prime}(\pm c)=0이고 c>0\displaystyle c>0이므로x=c\displaystyle x=-c에서 극댓값 f(c)=2c3+1>1\displaystyle f(-c)=2c^3+1>1을 가지고,x=c\displaystyle x=c에서 극솟값 f(c)=2c3+1<1\displaystyle f(c)=-2c^3+1<1을 가진다. 그러므로 2c3+1=3\displaystyle 2c^3+1=3이고 c=1\displaystyle c=1이다. 따라서 f(x)=x33x+1\displaystyle f(x)=x^3-3x+1이다.

+10점 · f(x)\displaystyle f(x)x=1\displaystyle x=-1에서 극댓값 3\displaystyle 3, x=1\displaystyle x=1에서 극솟값 1\displaystyle -1을 가진다. 제시문 (ㄴ)의 a\displaystyle af(x)\displaystyle f(x)의 극솟값이고 b\displaystyle bf(x)\displaystyle f(x)의 극댓값이므로 a=1,  b=3\displaystyle a=-1,\;b=3이다.

f(x)\displaystyle f(x)x=1\displaystyle x=-1에서 극댓값 3\displaystyle 3, x=1\displaystyle x=1에서 극솟값 1\displaystyle -1을 가진다. 제시문 (ㄴ)의 a\displaystyle af(x)\displaystyle f(x)의 극솟값이고 b\displaystyle bf(x)\displaystyle f(x)의 극댓값이므로 a=1,  b=3\displaystyle a=-1,\;b=3이다.

논제 2.

+10점 · 1k3\displaystyle -1\leq k\leq3에 대하여 f(t)=k\displaystyle f(t)=k이고 1t1\displaystyle -1\leq t\leq1t\displaystyle t는 유일하게 존재하고, αtβ,  f(α)=f(t)=f(β)=k,f(x)k=(xα)(xt)(xβ)\displaystyle \alpha\leq t\leq\beta,\;f(\alpha)=f(t)=f(\beta)=k,\quad f(x)-k=(x-\alpha)(x-t)(x-\beta)이다. f(x)k=f(x)f(t)=x33x(t33t)=(xt)(x2+tx+t23)\displaystyle f(x)-k=f(x)-f(t)=x^3-3x-(t^3-3t)=(x-t)(x^2+tx+t^2-3)이므로 α,  β\displaystyle \alpha,\;\beta는 방정식 x2+tx+t23=0\displaystyle x^2+tx+t^2-3=0의 두 근이다. 따라서 (βα)2=(β+α)24αβ=t24(t23)=3t2+12\displaystyle (\beta-\alpha)^2=(\beta+\alpha)^2-4\alpha\beta=t^2-4(t^2-3)=-3t^2+12이다.

1k3\displaystyle -1\leq k\leq3에 대하여 f(t)=k\displaystyle f(t)=k이고 1t1\displaystyle -1\leq t\leq1t\displaystyle t는 유일하게 존재하고,αtβ,  f(α)=f(t)=f(β)=k,f(x)k=(xα)(xt)(xβ)\displaystyle \alpha\leq t\leq\beta,\;f(\alpha)=f(t)=f(\beta)=k,\quad f(x)-k=(x-\alpha)(x-t)(x-\beta)이다.f(x)k=f(x)f(t)=x33x(t33t)=(xt)(x2+tx+t23)\displaystyle f(x)-k=f(x)-f(t)=x^3-3x-(t^3-3t)=(x-t)(x^2+tx+t^2-3)이므로 α,  β\displaystyle \alpha,\;\beta는 방정식 x2+tx+t23=0\displaystyle x^2+tx+t^2-3=0의 두 근이다.따라서 (βα)2=(β+α)24αβ=t24(t23)=3t2+12\displaystyle (\beta-\alpha)^2=(\beta+\alpha)^2-4\alpha\beta=t^2-4(t^2-3)=-3t^2+12이다.

+10점 · 1t1\displaystyle -1\leq t\leq1이므로 M=23\displaystyle M=2\sqrt3이고 m=3\displaystyle m=3이다. 따라서 Mm=233\displaystyle \frac{M}{m}=\frac{2\sqrt3}{3}이다.

1t1\displaystyle -1\leq t\leq1이므로 M=23\displaystyle M=2\sqrt3이고 m=3\displaystyle m=3이다.따라서 Mm=233\displaystyle \frac{M}{m}=\frac{2\sqrt3}{3}이다.

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