수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 II 2-1번

문제

[문제 2] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

● 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=a\displaystyle x=a에서 미분가능하고 x=a\displaystyle x=a에서 극값을 가지면 f′(a)=0\displaystyle f^{\prime}(a)=0이다.

● 다항식 P(x)\displaystyle P(x)에 대하여 P(a)=0\displaystyle P(a)=0일 때, P(x)\displaystyle P(x)를 x−a\displaystyle x-a로 나눈 몫을 Q(x)\displaystyle Q(x)라 하면 P(x)=(x−a)Q(x)\displaystyle P(x)=(x-a)Q(x)이다.

● 각 α\displaystyle \alpha와 β\displaystyle \beta에 대하여 다음 식이 성립한다.sin⁡(α+β)=sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡β,  sin⁡(α−β)=sin⁡αcos⁡β−cos⁡αsin⁡β\displaystyle \sin(\alpha+\beta)=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta,\;\sin(\alpha-\beta)=\sin\alpha\cos\beta-\cos\alpha\sin\betacos⁡(α+β)=cos⁡αcos⁡β−sin⁡αsin⁡β,  cos⁡(α−β)=cos⁡αcos⁡β+sin⁡αsin⁡β\displaystyle \cos(\alpha+\beta)=\cos\alpha\cos\beta-\sin\alpha\sin\beta,\;\cos(\alpha-\beta)=\cos\alpha\cos\beta+\sin\alpha\sin\beta

● 함수 f(t)\displaystyle f(t)가 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속일 때 다음 식이 성립한다.ddx∫axf(t)dt=f(x)\displaystyle \frac d{dx}\int_a^x f(t)dt=f(x) (단, a<x<b\displaystyle a<x<b)

[문제 2-1] x\displaystyle x에 대한 방정식 2x3+3kx2−(2k2+k−2)=0\displaystyle 2x^3+3kx^2-(2k^2+k-2)=0이 단 하나의 실근을 가지게 하는 실수 k\displaystyle k의 범위를 구하시오. (단, k≥0\displaystyle k\ge0이다.) [10점]

해설강의 준비중

[문제 2-1]

+2점 · f(x)=2x3+3kx2−(2k2+k−2)\displaystyle f(x)=2x^3+3kx^2-(2k^2+k-2)라하고 미분을 이용하여 문제를 푸는 것을 시도하면

f(x)=2x3+3kx2−(2k2+k−2)\displaystyle f(x)=2x^3+3kx^2-(2k^2+k-2)라 하자. 우선 k=0\displaystyle k=0인 경우 해가 하나인 것을 확인한 후, k>0\displaystyle k>0이라 가정한다.

+2점 · f(x)\displaystyle f(x)의 극댓값과 극솟값을 구하면

이때 f′(x)=6x(x+k)\displaystyle f^{\prime}(x)=6x(x+k)이므로 f(x)\displaystyle f(x)는 x=−k\displaystyle x=-k에서 극대, x=0\displaystyle x=0에서 극소이다.

+4점 · f(0)>0\displaystyle f(0)>0 또는 f(−k)<0\displaystyle f(-k)<0일 때 해가 하나라는 것을 명시하면

따라서 단 하나의 해를 가지기 위해서는f(0)=−(2k2+k−2)>0\displaystyle f(0)=-(2k^2+k-2)>0 또는 f(−k)=k3−2k2−k+2=(k+1)(k−1)(k−2)<0⇒(k−1)(k−2)<0\displaystyle f(-k)=k^3-2k^2-k+2=(k+1)(k-1)(k-2)<0\Rightarrow(k-1)(k-2)<0이다.

+2점 · 최종적으로 정답을 얻으면

위 부등식을 풀어 k\displaystyle k의 범위 0≤k<−1+174\displaystyle 0\le k<\frac{-1+\sqrt{17}}4 또는 1<k<2\displaystyle 1<k<2를 얻는다.

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 1~2점의 부분 점수를 부여할 수 있습니다.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 –0.5~+0.5점을 부여할 수 있습니다.

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