수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
+10점 · 극솟값 f(a)=1+aea=g(a)\displaystyle f(a)=1+a-e^a=g(a)를 제시

[논제1] f(x)=ex(xa)\displaystyle f^{\prime}(x)=e^x(x-a)이므로, f(x)\displaystyle f(x)x=a\displaystyle x=a에서 극솟값을 갖는다. 따라서f(x)=0xtetdta0xetdt=(x1a)ex+1+a\displaystyle f(x)=\int_0^xte^t\,dt-a\int_0^xe^t\,dt=(x-1-a)e^x+1+a에서 f(a)=1+aea=g(a)\displaystyle f(a)=1+a-e^a=g(a)이고,

+5점 · a=2\displaystyle a=2를 제시

극솟값 1+aea=3ea\displaystyle 1+a-e^a=3-e^a이므로 a=2\displaystyle a=2이다.

+5점 · 0mF(h(x))dx=02F(u)g(u)du\displaystyle \int_0^mF^{\prime}(h(x))\,dx=\int_0^2F^{\prime}(u)g^{\prime}(u)\,du에서 적분구간 [0,2]\displaystyle [0,2]를 제시

[논제2] F(x)=xex\displaystyle F^{\prime}(x)=xe^x이고, [논제1]에 의하여 g(x)=1+xex\displaystyle g(x)=1+x-e^x, g(2)=3e2=m\displaystyle g(2)=3-e^2=m이다.정적분 0mF(h(x))dx\displaystyle \int_0^mF^{\prime}(h(x))\,dx의 값을 구하기 위해서 x=g(u)\displaystyle x=g(u)로 치환하면, h(x)=u\displaystyle h(x)=u이고, dxdu=g(u)=(1eu)\displaystyle \frac{dx}{du}=g^{\prime}(u)=(1-e^u)이다. 또한 x=0\displaystyle x=0일 때 u=h(0)=0\displaystyle u=h(0)=0이고, x=m\displaystyle x=m일 때 u=h(m)=2\displaystyle u=h(m)=2이므로

+7점 · 0mF(h(x))dx=02F(u)g(u)du\displaystyle \int_0^mF^{\prime}(h(x))\,dx=\int_0^2F^{\prime}(u)g^{\prime}(u)\,du에서 적분식 F(u)g(u)=ueu(1eu)\displaystyle F^{\prime}(u)g^{\prime}(u)=ue^u(1-e^u)을 제시

0mF(h(x))dx=02F(u)g(u)du=02ueu(1eu)du\displaystyle \int_0^mF^{\prime}(h(x))\,dx=\int_0^2F^{\prime}(u)g^{\prime}(u)\,du=\int_0^2ue^u(1-e^u)\,du

+8점 · 34+e234e4\displaystyle \frac34+e^2-\frac34e^4를 제시

=[u(eu12e2u)]0202(eu12e2u)du=34+e234e4\displaystyle \begin{aligned}&=\Biggl[u\left(e^u-\frac12e^{2u}\right)\Biggr]_0^2-\int_0^2\left(e^u-\frac12e^{2u}\right)\,du\\&=\frac34+e^2-\frac34e^4\end{aligned}

+7점 · 삼각형의 넓이={k(x)+2}23\displaystyle =\frac{\{k(x)+2\}^2}{\sqrt3}를 제시

[논제3] 정삼각형 T\displaystyle T의 높이는 3\displaystyle 3이고, 무게중심에서 꼭짓점까지의 거리는 2\displaystyle 2이다. 따라서 정삼각형 T\displaystyle T의 위쪽 꼭짓점의 좌표를 (x,c(x))\displaystyle (x,c(x))라 하면, c(x)=k(x)+2\displaystyle c(x)=k(x)+2이다. 정삼각형 T\displaystyle Tx\displaystyle x축 위쪽에 위치하는 부분의 넓이 A(x)\displaystyle A(x)는 높이가 c(x)\displaystyle c(x)인 정삼각형의 넓이이므로A(x)=c(x)23={k(x)+2}23\displaystyle A(x)=\frac{c(x)^2}{\sqrt3}=\frac{\{k(x)+2\}^2}{\sqrt3}이다.

x축 위 정삼각형의 높이 c(x)와 밑변의 길이 2c(x)/√3
+7점 · k(x)=2+2+xex\displaystyle k(x)=-2+\sqrt{2+x-e^x}을 제시

한편 A(x)=33(1+g(x))=33(2+xex)\displaystyle A(x)=\frac{\sqrt3}3(1+g(x))=\frac{\sqrt3}3(2+x-e^x)이므로{k(x)+2}23=33(2+xex)\displaystyle \frac{\{k(x)+2\}^2}{\sqrt3}=\frac{\sqrt3}3(2+x-e^x)정삼각형 T\displaystyle T의 위쪽 꼭짓점이 x\displaystyle x축 위에 있으므로 c(x)=k(x)+20\displaystyle c(x)=k(x)+2\ge0k(x)+2=2+xex,k(x)=2+2+xex(1x1)\displaystyle k(x)+2=\sqrt{2+x-e^x},\quad k(x)=-2+\sqrt{2+x-e^x}\quad(-1\le x\le1)

+6점 · k(x)\displaystyle k(x)의 최댓값 1\displaystyle -1을 제시

k(x)=1ex22+xex=0\displaystyle k^{\prime}(x)=\frac{1-e^x}{2\sqrt{2+x-e^x}}=0으로부터 k(x)\displaystyle k(x)의 최댓값은 x=0\displaystyle x=0에서 1\displaystyle -1이다.

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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