수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중
+12점 · 정적분을 해결한 형태(별해1, 별해2 및 다른 방법 포함)를 제시 +5점 · ln12f(a)=1\displaystyle \ln\frac1{2f(a)}=1임을 제시

[논제1] 치환적분법에 의하여1=0a2sinx+12cosx+sinxcosxdx=0a2sinx+1(2+sinx)2×2+sinxcosxdx=0af(x)f(x)dx=[lnf(x)]0a=lnf(0)f(a)\displaystyle \begin{aligned}1&=\int_0^a\frac{2\sin x+1}{2\cos x+\sin x\cos x}\,dx\\&=\int_0^a\frac{2\sin x+1}{(2+\sin x)^2}\times\frac{2+\sin x}{\cos x}\,dx=-\int_0^a\frac{f^{\prime}(x)}{f(x)}\,dx\\&=\Biggl[-\ln|f(x)|\Biggr]_0^a=\ln\frac{|f(0)|}{|f(a)|}\end{aligned}이다.

+3점 · f(a)=12e\displaystyle f(a)=\frac1{2e}임을 제시

따라서 f(a)=12e\displaystyle f(a)=\frac1{2e}이다.

(별해1)1=0a2sinx+12cosx+sinxcosxdx=0asinx(2+sinx)+1sin2x2cosx+sinxcosxdx=0atanxdx+0acosx2+sinxdx=ln12f(a)\displaystyle \begin{aligned}1&=\int_0^a\frac{2\sin x+1}{2\cos x+\sin x\cos x}\,dx\\&=\int_0^a\frac{\sin x(2+\sin x)+1-\sin^2x}{2\cos x+\sin x\cos x}\,dx\\&=\int_0^a\tan x\,dx+\int_0^a\frac{\cos x}{2+\sin x}\,dx=\ln\frac1{2f(a)}\end{aligned}

(별해2) 1=0a2sinx+12cosx+sinxcosxdx=0a(2sinx+1)cosxcos2x(2+sinx)dx\displaystyle 1=\int_0^a\frac{2\sin x+1}{2\cos x+\sin x\cos x}\,dx=\int_0^a\frac{(2\sin x+1)\cos x}{\cos^2x(2+\sin x)}\,dx에서 sinx=t\displaystyle \sin x=t로 치환하면 ln12f(a)=1\displaystyle \ln\frac1{2f(a)}=1이다.

+5점 · 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 극댓값 33\displaystyle \frac{\sqrt3}3, 극솟값 33\displaystyle -\frac{\sqrt3}3을 제시

[논제2] 구간 [π2,2π]\displaystyle \left[\frac\pi2,2\pi\right]에서 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 그래프의 개형을 구하자.f(x)=(2+sinx)sinxcos2x(2+sinx)2=2sinx+1(2+sinx)2=0\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{-(2+\sin x)\sin x-\cos^2x}{(2+\sin x)^2}=-\frac{2\sin x+1}{(2+\sin x)^2}=0으로부터 x=76π\displaystyle x=\frac76\pi일 때 극솟값 33\displaystyle -\frac{\sqrt3}3을 갖고, x=116π\displaystyle x=\frac{11}6\pi일 때 극댓값 33\displaystyle \frac{\sqrt3}3을 갖는다.

+8점 · 구간 [π2,2π]\displaystyle \left[\frac\pi2,2\pi\right]에서의 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프의 개형을 제시

또한f(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0인 경우: 2sinx+1<0\displaystyle 2\sin x+1<0, 즉 76π<x<116π\displaystyle \frac76\pi<x<\frac{11}6\pi에서 f(x)\displaystyle f(x)는 증가f(x)<0\displaystyle f^{\prime}(x)<0인 경우: 2sinx+1>0\displaystyle 2\sin x+1>0, 즉 π2x<76π\displaystyle \frac\pi2\le x<\frac76\pi 또는 116π<x2π\displaystyle \frac{11}6\pi<x\le2\pi에서 f(x)\displaystyle f(x)는 감소한다. 이를 이용하여 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 그래프의 개형을 그리면 다음과 같다.

구간 π/2부터 2π까지에서 함수 cos x/(2+sin x)의 개형

곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 개형

+12점 · 13<k1,13,1+3<k1,52k<1+3\displaystyle -1-\sqrt3<k\le-1,\quad1-\sqrt3,\quad-1+\sqrt3<k\le1,\quad\frac52\le k<1+\sqrt3임을 제시

3f(x)k=1\displaystyle |3f(x)-k|=1f(x)=k13\displaystyle f(x)=\frac{k-1}3, f(x)=k+13\displaystyle f(x)=\frac{k+1}3이므로 곡선 y=3f(x)k\displaystyle y=|3f(x)-k|와 직선 y=1\displaystyle y=1의 교점의 개수가 2\displaystyle 2인 경우는 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=k13\displaystyle y=\frac{k-1}3의 교점과 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=k+13\displaystyle y=\frac{k+1}3의 교점의 합이 2\displaystyle 2인 경우와 같다.두 직선 y=k13\displaystyle y=\frac{k-1}3y=k+13\displaystyle y=\frac{k+1}3의 거리 d\displaystyle d23\displaystyle \frac23이고 d=23>33\displaystyle d=\frac23>\frac{\sqrt3}3, d=23>12\displaystyle d=\frac23>\frac12임에 주목하여 두 직선 y=k13\displaystyle y=\frac{k-1}3y=k+13\displaystyle y=\frac{k+1}3을 동시에 움직이면서 교점의 개수의 합이 2\displaystyle 2인 경우를 살펴보면 구하는 k\displaystyle k의 값의 범위는(ⅰ) 33<k+130\displaystyle -\frac{\sqrt3}3<\frac{k+1}3\le0 경우: 13<k1\displaystyle -1-\sqrt3<k\le-1(ⅱ) k13=33\displaystyle \frac{k-1}3=-\frac{\sqrt3}3인 경우: k=13\displaystyle k=1-\sqrt3(ⅲ) 3323<k130\displaystyle \frac{\sqrt3}3-\frac23<\frac{k-1}3\le0인 경우: 1+3<k1\displaystyle -1+\sqrt3<k\le1(ⅳ) 12k13<33\displaystyle \frac12\le\frac{k-1}3<\frac{\sqrt3}3인 경우: 52k<1+3\displaystyle \frac52\le k<1+\sqrt3이다. 요약하면13<k1,13,1+3<k1,52k<1+3\displaystyle -1-\sqrt3<k\le-1,\quad1-\sqrt3,\quad-1+\sqrt3<k\le1,\quad\frac52\le k<1+\sqrt3

두 수평선과 함수의 교점 개수: 경우 ii와 iii의 예

예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.

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