수리논술, 이게 다다.

상경계열 2번

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문제

[문제 2번] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오. (50점)

<제시문>

(가) f(x)=∣x−1∣−2\displaystyle f(x)=\sqrt{|x-1|-2}

(나) f(x)=12x2,g(x)=2∣x∣\displaystyle f(x)=\frac12x^2,\quad g(x)=\sqrt{2|x|}

(다) f(x)=∣∣x−1∣−1∣−1,g(x)=−x2+1\displaystyle f(x)=\sqrt{\big||x-1|-1\big|-1},\quad g(x)=-x^2+1

1. 제시문 (가)에서 주어진 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 −5≤x≤7\displaystyle -5\le x\le7와 0≤y≤f(x)\displaystyle 0\le y\le f(x)를 만족하는 정수 순서쌍 (x,y)\displaystyle (x,y)의 개수를 구하시오.

2. 제시문 (나)에서 주어진 두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)의 그래프로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하시오.

3. 제시문 (다)에서 주어진 두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)의 그래프가 n\displaystyle n개의 교점을 가진다. y=n\displaystyle y=n의 그래프와 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프가 만나는 서로 다른 두 점을 P, Q라고 할 때, P, Q사이의 거리를 구하시오.

해설강의 준비중
+30점 · 정수 순서쌍의 개수가 20임을 구하였다.

1. 제시문 (가)에서 주어진 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 정의역은 {x≤−1 or 3≥x}\displaystyle \{x\le-1\text{ or }3\ge x\}이다. 문제에서 주어진 x\displaystyle x의 범위와 교집합을 고려하면, {−5≤x≤−1 or 3≤x≤7}\displaystyle \{-5\le x\le-1\text{ or }3\le x\le7\}이고 가능한 정수는 −5,−4,−3,−2,−1,3,4,5,6,7\displaystyle -5,-4,-3,-2,-1,3,4,5,6,7이다. 각 정수에 대응하는 0≤y≤f(x)\displaystyle 0\le y\le f(x) 범위와 각 범위에 속하는 정수는 아래와 같다.Correction. 정의역의 3≥x\displaystyle 3\ge x는 3≤x\displaystyle 3\le x의 오기이다. 다음 줄의 범위와 정수 개수 계산은 맞다. 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.0≤y≤f(−5)=4=2⇒ y=0,1,20≤y≤f(−4)=3⇒ y=0,10≤y≤f(−3)=2⇒ y=0,10≤y≤f(−2)=1=1⇒ y=0,10≤y≤f(−1)=0=0⇒ y=00≤y≤f(3)=0=0⇒ y=00≤y≤f(4)=1=1⇒ y=0,10≤y≤f(5)=2⇒ y=0,10≤y≤f(6)=3⇒ y=0,10≤y≤f(7)=4=2⇒ y=0,1,2\displaystyle \begin{aligned}0\le y\le f(-5)&=\sqrt4=2&&\Rightarrow\ y=0,1,2\\0\le y\le f(-4)&=\sqrt3&&\Rightarrow\ y=0,1\\0\le y\le f(-3)&=\sqrt2&&\Rightarrow\ y=0,1\\0\le y\le f(-2)&=\sqrt1=1&&\Rightarrow\ y=0,1\\0\le y\le f(-1)&=\sqrt0=0&&\Rightarrow\ y=0\\0\le y\le f(3)&=\sqrt0=0&&\Rightarrow\ y=0\\0\le y\le f(4)&=\sqrt1=1&&\Rightarrow\ y=0,1\\0\le y\le f(5)&=\sqrt2&&\Rightarrow\ y=0,1\\0\le y\le f(6)&=\sqrt3&&\Rightarrow\ y=0,1\\0\le y\le f(7)&=\sqrt4=2&&\Rightarrow\ y=0,1,2\end{aligned}정답: 20개

+15점 · 역함수 관계를 이용하여 적분식을 유도하였다.

2. 제시문 (나)에서 주어진 함수 f(x)=12x2\displaystyle f(x)=\frac12x^2와 함수 g(x)=2∣x∣\displaystyle g(x)=\sqrt{2|x|}의 그래프로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하기 위해 우선 함수 f(x)=12x2\displaystyle f(x)=\frac12x^2와 함수 h(x)=2x\displaystyle h(x)=\sqrt{2x}가 역함수 관계인 것을 파악하자. 이 두 함수의 그래프로 둘러싸인 도형의 넓이는 다음과 같이 구할 수 있다.두 함수의 두 교점은 (0,0),(2,2)\displaystyle (0,0),(2,2)임을 쉽게 확인 가능하다. 따라서 도형의 넓이는 A=2×∫02(x−x22) dx\displaystyle A=2\times\int_0^2\left(x-\frac{x^2}2\right)\,dx로 계산가능하다.

+20점 · 정적분을 정확히 계산하여 문제에서 요구하는 도형의 넓이가 83\displaystyle \frac83임을 구하였다.

2×∫02(x−x22) dx=2[12x2−16x3]02=2(2−43)=43\displaystyle 2\times\int_0^2\left(x-\frac{x^2}2\right)\,dx=2\Biggl[\frac12x^2-\frac16x^3\Biggr]_0^2=2\left(2-\frac43\right)=\frac43g(x)\displaystyle g(x)의 그래프는 h(x)\displaystyle h(x)의 그래프와 h(x)\displaystyle h(x)의 그래프를 y\displaystyle y축으로 대칭한 그래프의 합이고, f(x)\displaystyle f(x)의 그래프는 y\displaystyle y축 대칭이므로 구하고자 하는 도형의 넓이는 2A=83\displaystyle 2A=\frac83이다.정답: 83\displaystyle \frac83

+15점 · 함수의 교점의 개수 n\displaystyle n이 2임을 구하였다.

3. 함수 f(x)=∣∣x−1∣−1∣−1\displaystyle f(x)=\sqrt{\big||x-1|-1\big|-1}의 제곱근 내의 값이 0보다 크거나 같아야하므로 정의역은 ∣∣x−1∣−1∣−1≥0\displaystyle \big||x-1|-1\big|-1\ge0이다. 즉, ∣x−1∣−1≥1 or ∣x−1∣−1≤−1\displaystyle |x-1|-1\ge1\text{ or }|x-1|-1\le-1이고, 이는 다시 (∣x−1∣−1≥1⇔x≥3 or x≤−1) or ∣x−1∣≤0\displaystyle (|x-1|-1\ge1\Leftrightarrow x\ge3\text{ or }x\le-1)\text{ or }|x-1|\le0로 쓸 수 있다. 정리하면 정의역은 {x≤−1,x=1,x≥3}\displaystyle \{x\le-1,x=1,x\ge3\}이다. 따라서, 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 아래와 같이 다시 쓸 수 있다.f(x)={−x−1if x≤−10if x=1x−3if x≥3\displaystyle f(x)=\begin{cases}\sqrt{-x-1}&\text{if }x\le-1\\0&\text{if }x=1\\\sqrt{x-3}&\text{if }x\ge3\end{cases}함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프를 그려보면 함수 g(x)=−x2+1\displaystyle g(x)=-x^2+1의 그래프와는 두 점 (−1,0),(1,0)\displaystyle (-1,0),(1,0)에서 만난다는 것을 알 수 있다. 따라서, 두 함수의 교점의 개수 n\displaystyle n은 2이다.

+20점 · 두 점 P, Q사이의 거리가 12임을 구하였다.

f(x)=2\displaystyle f(x)=2의 근이 −5,7\displaystyle -5,7이므로 구하고자하는 두 점 P, Q는 (−5,2),(7,2)\displaystyle (-5,2),(7,2)이다. 따라서, P, Q사이의 거리는 12이다.정답: 12

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