수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1교시 2번

문제

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[문제 2-1]

주어진 f(x)\displaystyle f(x)를 미분하면 f(x)=3x2+2mx+n\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2+2mx+n이다.f(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0이 서로 다른 두 실근을 갖기 위한 조건은D/4=m23n>0\displaystyle D/4=m^2-3n>0이고, 근과 계수의 관계에서 α+β=2m3\displaystyle \alpha+\beta=-\frac{2m}3, αβ=n3\displaystyle \alpha\beta=\frac n3이다.

+4점 · 1α+1β=α+βαβ=2mn\displaystyle \frac1\alpha+\frac1\beta=\frac{\alpha+\beta}{\alpha\beta}=-\frac{2m}n를 얻으면

f(1)=11\displaystyle f(1)=11이므로, m+n+k=10\displaystyle m+n+k=10이며, m\displaystyle m, n\displaystyle n, k\displaystyle k는 자연수이므로, 1m,n,k8\displaystyle 1\le m,n,k\le8이고, m+n9\displaystyle m+n\le9이다.1α+1β=α+βαβ=2mn\displaystyle \frac1\alpha+\frac1\beta=\frac{\alpha+\beta}{\alpha\beta}=-\frac{2m}n이 최대가 되기 위해서는 n\displaystyle n은 크고 m\displaystyle m은 작아야 한다.

+4점 · m\displaystyle m, n\displaystyle n을 판별식 등을 이용하여 (1)에서 (8)까지 경우를 나누거나 혹은 조건을 정확히 이용하여 경우를 줄이면

m23n>0\displaystyle m^2-3n>0, m+n9\displaystyle m+n\le9를 만족하는 m\displaystyle m, n\displaystyle n(1) m=1\displaystyle m=1일 때, n\displaystyle n은 없다. (2) m=2\displaystyle m=2일 때, n=1\displaystyle n=1 (3) m=3\displaystyle m=3일 때, n=1,2\displaystyle n=1,2(4) m=4\displaystyle m=4일 때, n=1,2,,5\displaystyle n=1,2,\ldots,5 (5) m=5\displaystyle m=5일 때, n=1,,4\displaystyle n=1,\ldots,4(6) m=6\displaystyle m=6일 때, n=1,2,3\displaystyle n=1,2,3 (7) m=7\displaystyle m=7일 때, n=1,2\displaystyle n=1,2 (8) m=8\displaystyle m=8일 때, n=1\displaystyle n=1

+2점 · 모든 계산을 정확히 계산하여 m=4\displaystyle m=4, n=5\displaystyle n=5, k=1\displaystyle k=1을 얻으면

이 중 m=4\displaystyle m=4, n=5\displaystyle n=5일 때, 2mn=85\displaystyle -\frac{2m}n=-\frac85이 최대이다. 이때, k=1\displaystyle k=1이다.따라서, f(x)=x3+4x2+5x+1\displaystyle f(x)=x^3+4x^2+5x+1이다.

[문제 2-2]

+3점 · a=3\displaystyle a=-3을 구하면

x>0\displaystyle x>0일 때, f(x)=3cosx(4sin2x1)\displaystyle f^{\prime}(x)=3\cos x(4\sin^2x-1)x<0\displaystyle x<0일 때, f(x)=9π2x2+a\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac9{\pi^2}x^2+af(x)\displaystyle f(x)x=0\displaystyle x=0에서 미분가능하므로, limh0+f(h)f(0)h=limh0f(h)f(0)h\displaystyle \lim_{h\to0+}\frac{f(h)-f(0)}h=\lim_{h\to0-}\frac{f(h)-f(0)}h이다.따라서, a=3\displaystyle a=-3이다.

(i) πx<0\displaystyle -\pi\le x<0에서 f(x)=3π2x(x2π2)\displaystyle f(x)=\frac3{\pi^2}x(x^2-\pi^2)이므로 f(π)=0\displaystyle f(-\pi)=0f(x)=9π2x23\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac9{\pi^2}x^2-3이므로 f(π3)=0\displaystyle f^{\prime}\left(-\frac\pi{\sqrt3}\right)=0이고 부호변화를 고려하면 극댓값 f(π3)=2π3\displaystyle f\left(-\frac\pi{\sqrt3}\right)=\frac{2\pi}{\sqrt3}

(ii) 0xπ\displaystyle 0\le x\le\pi에서 f(x)=sinx(4sin2x3)\displaystyle f(x)=\sin x(4\sin^2x-3)이므로, f(0)=f(π3)=f(2π3)=f(π)=0\displaystyle f(0)=f\left(\frac\pi3\right)=f\left(\frac{2\pi}3\right)=f(\pi)=0f(x)=3cosx(4sin2x1)\displaystyle f^{\prime}(x)=3\cos x(4\sin^2x-1)이므로, f(π6)=f(π2)=f(5π6)=0\displaystyle f^{\prime}\left(\frac\pi6\right)=f^{\prime}\left(\frac\pi2\right)=f^{\prime}\left(\frac{5\pi}6\right)=0이를 이용한 증가와 감소를 나타낸 표는 다음과 같다.

+7점 · 증가와 감소 표 혹은 그래프 개형 혹은 극점과 극값을 바르게 구하면
x\displaystyle xπ\displaystyle -\piπ3\displaystyle -\frac\pi{\sqrt3}0π6\displaystyle \frac\pi6π3\displaystyle \frac\pi3π2\displaystyle \frac\pi22π3\displaystyle \frac{2\pi}35π6\displaystyle \frac{5\pi}6π\displaystyle \pi
f(x)\displaystyle f^{\prime}(x)+00++00+
f(x)\displaystyle f(x)023π\displaystyle \frac2{\sqrt3}\pi0−1010−10

부호 변화를 고려한 극솟값은 f(π6)=f(5π6)=1\displaystyle f\left(\frac\pi6\right)=f\left(\frac{5\pi}6\right)=-1, 극댓값은 f(π2)=1\displaystyle f\left(\frac\pi2\right)=1이다.이를 그래프로 그리면

함수 f(x)의 그래프
+5점 · 불연속인 k=1,0,1,23π\displaystyle k=-1,0,1,\frac2{\sqrt3}\pi를 바르게 구하면

위 그래프의 개형으로부터 불연속인 k\displaystyle k는 다음과 같다.limk10g(k)=0\displaystyle \lim_{k\to-1-0}g(k)=0, limk1+0g(k)=4\displaystyle \lim_{k\to-1+0}g(k)=4, g(1)=2\displaystyle g(-1)=2이므로 k=1\displaystyle k=-1에서 불연속limk0g(k)=limk0+g(k)=4\displaystyle \lim_{k\to0-}g(k)=\lim_{k\to0+}g(k)=4, g(0)=5\displaystyle g(0)=5이므로, k=0\displaystyle k=0에서 불연속limk10g(k)=4\displaystyle \lim_{k\to1-0}g(k)=4, limk1+0g(k)=2\displaystyle \lim_{k\to1+0}g(k)=2, g(1)=3\displaystyle g(1)=3이므로, k=1\displaystyle k=1에서 불연속limk2π30g(k)=2\displaystyle \lim_{k\to\frac{2\pi}{\sqrt3}-0}g(k)=2, limk2π3+0g(k)=0\displaystyle \lim_{k\to\frac{2\pi}{\sqrt3}+0}g(k)=0, g(2π3)=1\displaystyle g\left(\frac{2\pi}{\sqrt3}\right)=1이므로, k=23π\displaystyle k=\frac2{\sqrt3}\pi에서 불연속그러므로, 불연속인 k\displaystyle k1,0,1,23π\displaystyle -1,0,1,\frac2{\sqrt3}\pi이다.

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 부분 점수를 부여할 수 있습니다.

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