수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

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

(ㄱ) 양의 실수 k\displaystyle k에 대하여 삼차함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음 조건을 만족시킨다.

(가) 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=kx+1\displaystyle y=kx+1은 두 점에서 만나고, 만나는 두 점의 x\displaystyle x좌표는 각각 α,1\displaystyle \alpha,1이다. (단, α<−1\displaystyle \alpha<-1)

(나) 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=kx−1\displaystyle y=kx-1은 두 점에서 만나고, 만나는 두 점의 x\displaystyle x좌표는 각각 −1,β\displaystyle -1,\beta이다. (단, β>1\displaystyle \beta>1)

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 실수 k\displaystyle k와 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 함수 g(x)\displaystyle g(x)는 다음과 같다.

g(x)=f(x)−kx\displaystyle g(x)=f(x)-kx

(ㄷ) 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 실수 c\displaystyle c는 다음 조건을 만족시킨다.

곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 곡선 y=x2+cx+c\displaystyle y=x^2+cx+c는 두 점에서 만나고, 만나는 두 점의 x\displaystyle x좌표는 각각 t,2\displaystyle t,2이다. (단, t<2\displaystyle t<2)

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

논제 2. (15점) 제시문 (ㄷ)의 c\displaystyle c의 값을 구하고 그 근거를 논술하시오.

해설강의 준비중

논제 1.

+3점 · 삼차함수 g(x)\displaystyle g(x)의 극값은 1\displaystyle 1과 −1\displaystyle -1이고, 두 직선과 각각 접한다.

g(x)\displaystyle g(x)는 삼차함수이고 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x)와 직선 y=1,y=−1\displaystyle y=1,y=-1가 각각 두 점에서 만나므로 삼차함수 g(x)\displaystyle g(x)의 극값은 1\displaystyle 1과 −1\displaystyle -1이고, 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x)는 직선 y=1,y=−1\displaystyle y=1,y=-1와 각각 접한다.

+5점 · a>0\displaystyle a>0은 문제의 조건에 위배 되므로 a<0\displaystyle a<0이다.

g(x)\displaystyle g(x)의 최고차항의 계수 a\displaystyle a가 양수라고 하면1\displaystyle 1이 극댓값이고 g(α)=g(1)=1,  α<1\displaystyle g(\alpha)=g(1)=1,\;\alpha<1이므로 g′(α)=0\displaystyle g^{\prime}(\alpha)=0이다.또한, −1\displaystyle -1이 극솟값이고 g(−1)=g(β)=−1,  −1<β\displaystyle g(-1)=g(\beta)=-1,\;-1<\beta이므로 g′(β)=0\displaystyle g^{\prime}(\beta)=0이다.따라서 닫힌구간 [α,β]\displaystyle [\alpha,\beta]에서 g(x)\displaystyle g(x)는 감소하고 g(−1)=g(β)=−1,  −1<β\displaystyle g(-1)=g(\beta)=-1,\;-1<\beta이므로 −1<α\displaystyle -1<\alpha이다.이는 문제의 조건, α<−1\displaystyle \alpha<-1에 위배 되므로 a<0\displaystyle a<0이다.

+2점 · g(1)=1,g′(1)=0,g(−1)=−1,g′(−1)=0\displaystyle g(1)=1,g^{\prime}(1)=0,g(-1)=-1,g^{\prime}(-1)=0이다.

그러므로 g(α)=g(1)=1,  g′(1)=0,  g(−1)=g(β)=−1,  g′(−1)=0\displaystyle g(\alpha)=g(1)=1,\;g^{\prime}(1)=0,\;g(-1)=g(\beta)=-1,\;g^{\prime}(-1)=0이다.

+5점 · g(x)=−12(x3−3x)\displaystyle g(x)=-\frac12(x^3-3x)이다.

따라서 g′(x)=3a(x2−1)\displaystyle g^{\prime}(x)=3a(x^2-1), 즉, g(x)=a(x3−3x)+b\displaystyle g(x)=a(x^3-3x)+b이고,g(−1)=−1,  g(1)=1\displaystyle g(-1)=-1,\;g(1)=1이므로 2a+b=−1,  −2a+b=1\displaystyle 2a+b=-1,\;-2a+b=1이다.따라서 a=−12,  b=0\displaystyle a=-\frac12,\;b=0이고 g(x)=−12(x3−3x)\displaystyle g(x)=-\frac12(x^3-3x)이다.

논제 2.

+2점 · h(x)=−12(x−t)2(x−2)\displaystyle h(x)=-\frac12(x-t)^2(x-2) 또는 h(x)=−12(x−t)(x−2)2\displaystyle h(x)=-\frac12(x-t)(x-2)^2이다.

삼차함수 h(x)=f(x)−x2−cx−c\displaystyle h(x)=f(x)-x^2-cx-c에 대하여 곡선 y=h(x)\displaystyle y=h(x)와 직선 y=0\displaystyle y=0는 두 점에서 만나고 만나는 점의 x\displaystyle x좌표가 각각 t,2\displaystyle t,2이므로h(x)=−12(x−t)2(x−2)\displaystyle h(x)=-\frac12(x-t)^2(x-2) 또는 h(x)=−12(x−t)(x−2)2\displaystyle h(x)=-\frac12(x-t)(x-2)^2이다.

f(x)−x2−cx−c=−12x3−x2+(k−c+32)x−c\displaystyle f(x)-x^2-cx-c=-\frac12x^3-x^2+\left(k-c+\frac32\right)x-c이므로 각 경우 다음과 같다.

+5점 · t=−2,c=−4,k=−72\displaystyle t=-2,c=-4,k=-\frac72이다.

1) h(x)=−12(x−t)2(x−2)\displaystyle h(x)=-\frac12(x-t)^2(x-2):−12(x−t)2(x−2)=−12(x3−2(t+1)x2+(t2+4t)x−2t2)\displaystyle -\frac12(x-t)^2(x-2)=-\frac12\left(x^3-2(t+1)x^2+(t^2+4t)x-2t^2\right)이므로t+1=−1,  t2=−c,  k−c+32=−12(t2+4t)\displaystyle t+1=-1,\;t^2=-c,\;k-c+\frac32=-\frac12(t^2+4t)이다. 즉, t=−2,  c=−4,  k=−72\displaystyle t=-2,\;c=-4,\;k=-\frac72이다.

+5점 · t=−6,c=12,k=412\displaystyle t=-6,c=12,k=\frac{41}{2}이다.

2) h(x)=−12(x−t)(x−2)2\displaystyle h(x)=-\frac12(x-t)(x-2)^2:−12(x−t)(x−2)2=−12(x3−(t+4)x2+4(t+1)x−4t)\displaystyle -\frac12(x-t)(x-2)^2=-\frac12\left(x^3-(t+4)x^2+4(t+1)x-4t\right)이므로t+42=−1,  c=−2t,  k−c+32=−2(t+1)\displaystyle \frac{t+4}{2}=-1,\;c=-2t,\;k-c+\frac32=-2(t+1)이다. 즉, t=−6,  c=12,  k=412\displaystyle t=-6,\;c=12,\;k=\frac{41}{2}이다.

+3점

k>0\displaystyle k>0이므로 c=12\displaystyle c=12이다.

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