수리논술, 이게 다다.

약학과 2번

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문제

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

(ㄱ) 실수 t\displaystyle t에 대하여 곡선 y=e2x\displaystyle y=e^{2x} 위의 점 (t,e2t)\displaystyle (t,e^{2t})에서의 접선의 방정식을 y=f(x)\displaystyle y=f(x)라고 하자.

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 실수 t\displaystyle t와 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 함수 g(x)=∣f(x)+k−2ln⁡x∣\displaystyle g(x)=|f(x)+k-2\ln x|가 구간 (0,∞)\displaystyle (0,\infty)에서 미분가능하도록 하는 실수 k\displaystyle k의 최솟값을 m(t)\displaystyle m(t)라 하자. 이때 함수 h(t)\displaystyle h(t)는 다음과 같다.

h(t)=e−t(m(t)+2t+1)\displaystyle h(t)=e^{-t}(m(t)+2t+1)

(ㄷ) 두 실수 a,b  (a<b)\displaystyle a,b\;(a<b)와 제시문 (ㄴ)의 함수 h(t)\displaystyle h(t)에 대하여 실수 s\displaystyle s는 다음과 같다.

s=∫ab(t−1)2h(t)dt\displaystyle s=\int_a^b(t-1)^2h(t)dt

(ㄹ) 두 실수 α,β  (α<β)\displaystyle \alpha,\beta\;(\alpha<\beta)와 제시문 (ㄷ)의 실수 a,b,s\displaystyle a,b,s에 대하여 a=α,  b=β\displaystyle a=\alpha,\;b=\beta일 때, s\displaystyle s의 값이 최소가 된다.

논제. (170점) 제시문 (ㄹ)의 두 실수 α,β\displaystyle \alpha,\beta에 대하여 α+β\displaystyle \alpha+\beta의 값을 구하고 그 근거를 논술하시오.

해설강의 준비중
+40점

곡선 y=e2x\displaystyle y=e^{2x}위의 점 (t,e2t)\displaystyle (t,e^{2t})에서의 접선의 방정식은y=2e2t(x−t)+e2t\displaystyle y=2e^{2t}(x-t)+e^{2t}이므로 f(x)=2e2t(x−t)+e2t\displaystyle f(x)=2e^{2t}(x-t)+e^{2t}이다.

+40점 · 즉 k≥(2t−1)e2t−4t−2\displaystyle k\geq(2t-1)e^{2t}-4t-2을 만족해야 하므로, m(t)=(2t−1)e2t−4t−2\displaystyle m(t)=(2t-1)e^{2t}-4t-2이고, h(t)=e−t(m(t)+2t+1)=et(2t−1)−e−t(2t+1)\displaystyle h(t)=e^{-t}(m(t)+2t+1)=e^t(2t-1)-e^{-t}(2t+1)이다.

제시문 (ㄴ)의 함수 g(x)=∣f(x)+k−2ln⁡x∣\displaystyle g(x)=|f(x)+k-2\ln x|에 대하여, g1(x)=f(x)+k−2ln⁡x\displaystyle g_1(x)=f(x)+k-2\ln x라고 하면g1′(x)=f′(x)−2x=2e2t−2x\displaystyle g_1^{\prime}(x)=f^{\prime}(x)-\frac2x=2e^{2t}-\frac2x이므로 함수 g1(x)\displaystyle g_1(x)는 g1′(x)=0\displaystyle g_1^{\prime}(x)=0을 만족하는 x=e−2t\displaystyle x=e^{-2t}에서 극솟값 g1(e−2t)=(1−2t)e2t+k+4t+2\displaystyle g_1(e^{-2t})=(1-2t)e^{2t}+k+4t+2을 갖는다.따라서, x>0\displaystyle x>0인 모든 실수에 대해 함수 g(x)=∣f(x)+k−2ln⁡x∣\displaystyle g(x)=|f(x)+k-2\ln x|가 미분가능하기 위해서는 g1(e−2t)=(1−2t)e2t+k+4t+2≥0\displaystyle g_1(e^{-2t})=(1-2t)e^{2t}+k+4t+2\geq0. 즉 k≥(2t−1)e2t−4t−2\displaystyle k\geq(2t-1)e^{2t}-4t-2을 만족해야 하므로, m=(2t−1)e2t−4t−2\displaystyle m=(2t-1)e^{2t}-4t-2이고,h(t)=e−t(m+2t+1)=et(2t−1)−e−t(2t+1)\displaystyle h(t)=e^{-t}(m+2t+1)=e^t(2t-1)-e^{-t}(2t+1)이다.

+50점

한편, h′(t)=et(2t−1)+2et+e−t(2t+1)−2e−t=(1+2t)et−(1−2t)e−t\displaystyle h^{\prime}(t)=e^t(2t-1)+2e^t+e^{-t}(2t+1)-2e^{-t}=(1+2t)e^t-(1-2t)e^{-t}이다.h′(0)=0\displaystyle h^{\prime}(0)=0이고, 임의의 양수 t\displaystyle t에 대해 1+2t>1−2t,  et>e−t\displaystyle 1+2t>1-2t,\;e^t>e^{-t}에 의해 h′(t)>0\displaystyle h^{\prime}(t)>0이므로 t≥0\displaystyle t\geq0에서 함수 h(t)\displaystyle h(t)는 증가함수이다. h(0)=−2,  h(1)=e−3e−1>0\displaystyle h(0)=-2,\;h(1)=e-3e^{-1}>0이므로 0\displaystyle 0과 1\displaystyle 1사이의 어떤 실수 q\displaystyle q에서 h(q)=0\displaystyle h(q)=0을 만족하고 h(−t)=h(t)\displaystyle h(-t)=h(t)이므로 h(−q)=0\displaystyle h(-q)=0이다.

+40점

모든 실수 t\displaystyle t에 대하여 (t−1)2≥0\displaystyle (t-1)^2\geq0이므로 (t−1)2h(t)\displaystyle (t-1)^2h(t)는 −q<t<q\displaystyle -q<t<q일 때만 음의 값을 가진다. 따라서, α=−q,  β=q\displaystyle \alpha=-q,\;\beta=q일 때 s\displaystyle s가 최소가 된다. 따라서, α+β=0\displaystyle \alpha+\beta=0이다.

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