좌표평면 위에 직선 l:2x+2y−2=0이 원 x2+y2=1과 만나는 점을 각각 A, B라 하자. 원x2+y2=1 위의 점 P의 동경이 θ(라디안)라 할 때, △PAB의 넓이를 sθ라 하자. θ(0≤θ≤2π)에대하여 집합 X(θ)를X(θ)={T∣T는원x2+y2=1위의점이고△TAB의넓이는sθ이다}로 정의하자(단, 좌표평면에서 동경의 시초선은 x축의 양의 방향이다).
(가)함수 y=f(x)와 실수 a에 대하여(ⅰ)f(x)는 x=a에서 정의되어 있고,(ⅱ)x=a에서의 우극한 x→a+0limf(x)와 좌극한 x→a−0limf(x)이 존재하고(ⅲ)x→a+0limf(x)=x→a−0limf(x)=f(a)일 때, f(x)는 x=a에서 연속이라 한다.
(나)함수 y=f(x)와 실수 a에 대하여, 함수 x−af(x)−f(a)의 x=a에서 우극한과 좌극한이 존재하고 두 값이 같을 때, f(x)는 x=a에서 미분가능하다고 한다.
집합 X(x)(0≤x≤2π)의 원소의 개수를 f(x)라 하자(단, 점 A의 동경을 α, 점 B의 동경을 β라 할때, f(α)=f(β)=4로 정의한다. 예를 들면, f(π)=2이다. [논제 1]과 [논제 2]에 대하여 답하시오.
[논제 1] 제시문의 (가)를 이용하여 열린 구간 (0,2π)에서 함수 f(x)가 연속이 아닌 모든 x의 값을 구하고, 함수 g(x)=[pf(x)]가 열린 구간 (0,2π)에서 연속이 되도록 하는 양의 실수 p의 범위를 구하시오.(단, [x]는 x를 넘지 않는 최대의 정수이다.)(20점)
[논제 2] 최고차항의 계수가 1인 이차함수 h(x)에 대하여 함수 k(x)=h(x)f(x)라 하자. 함수 f(x)는x=x0(2π<x0<π)에서 연속이 아니고, k(x)는 x=x0에서 연속이라 하자. (1) 제시문 (가)를 이용하여h(x0)의 값을 구하고, (2) k(x)가 x=x0에서 미분가능할 때,제시문 (나)를 이용하여 h(x)를 구하시오.(20점)
해설강의 준비중
단국대 2015학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/dankook/2015mo/jayeon_2
+10점 · 연속이 아닌 점 x=4π, 43π, 45π, 47π을 모두 제시
[논제 1]문제에서 함수 f(x)를 정의할 때, 삼각형의 밑변을 선분 AB로 고정하면 삼각형의 넓이는 원위의 점과직선 AB 사이의 거리(삼각형의 높이)에 의하여 결정된다. 따라서 원 x2+y2=1 위의 점과 직선 l 사이의 거리를 고려하여 f(x)를 구하면 다음과 같다.f(x)=⎩⎨⎧4,3,2,1,4,0≤x<43π,x=4πx=4π,43π,47π43π<x<47π,x=45πx=45π47π<x≤2π따라서, 제시문 (가)에 의하여 함수 f(x)가 연속이 아닌 x는x=4π,43π,45π,47π
+10점 · p의 범위 0<p<41를 제시
이다. 한편, (0,2π)에서 f(x)=1,2,3,또는4이다. 함수 g(x)=[pf(x)]가 구간 (0,2π)에서 연속이기 때문에 g(x)는 (0,2π)에서 상수함수이므로g(x)=[p]=[2p]=[3p]=[4p]이다. [p]=n(n는 음이 아닌 정수)라 하면, n≤p<n+1이고, 2n≤2p<2n+2이다.그러므로 [2p]=2n,2n+1이고 [p]=[2p]에서 n=2n이므로 n=0이다.따라서 0<p<1이고, [p]=[2p]=[3p]=[4p]에서 0<p<41이다.
+5점 · h(43π)=0을 제시
[논제 2](1) 구간 (2π,π)에서 함수 f(x)가 연속이 아닌 점은 x0=43π이다. k(x)가 x=43π에서 연속이므로먼저 제시문의 조건 (ⅰ), (ⅱ), (ⅲ)을 만족해야 한다. 먼저 h(x)는 다항함수이므로 우극한과 좌극한을구하면 다음과 같다.(ⅰ) x→43π+0limk(x)=x→43π+0lim2h(x)=2h(43π),x→43π−0limk(x)=x→43π−0lim4h(x)=4h(43π)제시문 (가)의 (ⅲ)에 의하여h(43π)=0이다.
+10점 · h′(43π)=0임을 제시
(2) 함수 x−43πk(x)−k(43π)의 우극한과 좌극한을 구하면 다음과 같다.우극한 : x→43π+0limx−43πk(x)−k(43π)=x→43π+0limx−43π2h(x)=2h′(43π),좌극한 : x→43π−0limx−43πk(x)−k(43π)=x→43π−0limx−43π4h(x)=4h′(43π)제시문 (나)에 의하여 2h′(43π)=4h′(43π)이므로h′(43π)=0
+5점 · h(x)=(x−43π)2을 제시
이다. h(x)는 최고차항의 계수가 1인 이차함수, h(43π)=0, h′(43π)=0이므로h(x)=(x−43π)2이다.