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해설강의 준비중
한양대 서울캠퍼스 2018학년도 모의 2회 상경계열 2번 · mathesis.kr/archive/hanyang_seoul/2018mo_2/sanggyeong_2
1. 조건 <나>로부터 함수 f(x)는 구간 2≤x<4에서 f(x)=f(x−2)+2=(x−2−a)3+b(x−2)+2이고, 이런 과정을 반복하면 함수 f(x)는 구간 2k≤x<2k+2(k는 정수)에서 다항함수 y=(x−2k−a)3+b(x−2k)+2k와 일치함을 알 수 있다. 따라서 함수 f(x)는 구간 2k<x<2k+2(k는 정수)에서 연속이므로 x=2k에서 연속이면 실수 전체의 집합에서 연속이다. 그런데 f(2k)=x→2k+0limf(x)임은 자명하므로 식 f(2k)=x→2k−0limf(x)이 성립하면 된다.그런데 f(2k)=f(0)+2k=−a3+2k이고 x→2k−0limf(x)=x→2−0limf(x)+2k−2=(2−a)3+2b+2k−2이다.그러므로 방정식 −a3+2k=(2−a)3+2b+2k−2, 즉 b=−3a2+6a−3을 얻는다.∴2a2+b=−a2+6a−3은 a=3일 때 최댓값 6을 갖는다.
2. 함수 f(x)가 미분가능하면 연속이므로 1번의 풀이로부터 b=−3a2+6a−3이다.또한 함수 f(x)는 구간 2k<x<2k+2(k는 정수)에서 미분가능하므로 실수 전체의 집합에서 미분가능하려면h→0+limhf(2k+h)−f(2k)=h→0−limhf(2k+h)−f(2k)이 성립해야 한다. 그런데 문제의 조건으로부터h→0+limhf(2k+h)−f(2k)=3a2+b이고 h→0−limhf(2k+h)−f(2k)=3(2−a)2+b이다.따라서 방정식 3a2+b=3(2−a)2+b이 성립해야 하므로 a=1이고, 함수의 연속조건으로부터b=−3a2+6a−3=0이다.∴2a2+b의 값은 2⋅12+0=2이다.
3. 구간 0≤x≤2(k는 정수)에서 f′(x)=3(x−1)2이므로 문제의 조건으로부터 모든 실수 x에 대하여 0≤f′(x)≤3이다. 한편, g(x)=mx−d−f(x)라 하면 방정식 f(x)+d=mx의 해의 개수는 함수 y=g(x)의 그래프와 x축의 교점의 개수와 같다.(ⅰ) m≤0일 때: 모든 실수 x에 대하여 g′(x)=m−f′(x)≤0이므로 g(x)는 감소함수이다. 또한 x→∞limf(x)=∞,x→−∞limf(x)=−∞이므로 x→∞limg(x)=−∞,x→−∞limg(x)=∞임을 알 수 있다. 그러므로 이 경우 y=g(x)의 그래프와 x축의 교점의 개수는 1개다. (∵사잇값정리)(ⅱ) m≥3일 때: 이 경우 g′(x)=m−f′(x)≥0이므로 g(x)는 증가함수이다. 한편, x→∞limg(x)=∞,x→−∞limg(x)=−∞이므로(∵x가 2만큼 증가할 때 f(x)는 2만큼 증가하지만 mx−d는 2m≥6만큼 증가) 이 경우도 y=g(x)의 그래프와 x축의 교점의 개수는 1개다.(ⅲ) 0<m<3일 때: 이 경우 x0=1+3m이라 하면 f′(x0)=m이므로 g′(x0)=0이다. 또한 1<x<x0일 때 g′(x)>0이므로 이 구간에서 함수 g(x)는 증가하고 x0<x<2일 때 g′(x)<0이므로 이 구간에서 함수 g(x)는 감소한다. 그러므로 적당한 d에 대하여 y=g(x)의 그래프와 x축의 교점의 개수가 2이상이 됨을 알 수 있다.(ⅰ)−(ⅲ)으로부터 문제의 조건을 만족시키는 실수 m의 범위는 0<m<3이다.