수리논술, 이게 다다.

이학계열 2-1번

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문제

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 대한 풀이 과정과 답을 제시하시오.(답만 기재하면 0점 처리)

가) 방정식 f(x)=g(x)\displaystyle f(x)=g(x)의 실근은 두 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x), y=g(x)\displaystyle y=g(x)의 그래프의 교점의 x\displaystyle x좌표와 같다. 따라서 방정식 f(x)=g(x)\displaystyle f(x)=g(x)의 서로 다른 실근의 개수는 두 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x), y=g(x)\displaystyle y=g(x)의 그래프의 교점의 개수와 같다.

[문제 2-1] 삼차함수 f(x)=−x3+6x\displaystyle f(x)=-x^3+6x가 x=a\displaystyle x=a에서 극솟값을 가지고 x=b\displaystyle x=b에서 극댓값을 가질 때, 두 점 (a,f(a))\displaystyle (a,f(a)), (b,f(b))\displaystyle (b,f(b))를 지나는 직선의 기울기를 m\displaystyle m이라고 하자. 다음 물음에 답하시오.

(1) m\displaystyle m의 값을 구하시오.

(2) 직선 y=mx+k\displaystyle y=mx+k와 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)가 만나는 점의 개수가 3이 되도록 하는 실수 k\displaystyle k의 값의 범위를 구하시오.

해설강의 준비중

(1) (5점)

+4점

f′(x)=−3x2+6\displaystyle f^{\prime}(x)=-3x^2+6이므로x=±2\displaystyle x=\pm\sqrt2일 때, f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0.x=±2\displaystyle x=\pm\sqrt2에서 f(x)\displaystyle f(x)의 증가와 감소를 조사하면 다음과 같다.

xx⋯−2-\sqrt2⋯2\sqrt2⋯
f′(x)f^{\prime}(x)−0+0−
f(x)f(x)↘극소↗극대↘

따라서 x=−2\displaystyle x=-\sqrt2에서 극솟값 −42\displaystyle -4\sqrt2를 갖고 x=2\displaystyle x=\sqrt2에서 극댓값 42\displaystyle 4\sqrt2를 갖는다.

+1점

그러므로 (−2,−42)\displaystyle (-\sqrt2,-4\sqrt2)와 (2,42)\displaystyle (\sqrt2,4\sqrt2)를 지나는 직선의 기울기는 m=42−(−42)2−(−2)=4\displaystyle m=\frac{4\sqrt2-(-4\sqrt2)}{\sqrt2-(-\sqrt2)}=4이다.

(2) (7점)

+5점

직선 y=4x+k\displaystyle y=4x+k와 y=f(x)\displaystyle y=f(x)가 만나는 점은 4x+k=f(x)\displaystyle 4x+k=f(x)가 만나는 점의 개수이므로, y=k\displaystyle y=k와 y=−x3+2x\displaystyle y=-x^3+2x의 교점의 개수를 구하자. 즉,g(x)=−x3+2x\displaystyle g(x)=-x^3+2x라 할 때, g′(x)=−3x2+2\displaystyle g^{\prime}(x)=-3x^2+2이므로, x=±23\displaystyle x=\pm\sqrt{\frac23}일 때 g′(x)=0\displaystyle g^{\prime}(x)=0이다.g(x)\displaystyle g(x)의 증가와 감소를 조사하면 다음과 같다.

xx⋯−23-\sqrt{\frac23}⋯23\sqrt{\frac23}⋯
g′(x)g^{\prime}(x)−0+0−
g(x)g(x)↘−469-\frac{4\sqrt6}{9}↗469\frac{4\sqrt6}{9}↘
+2점

따라서 y=f(x)\displaystyle y=f(x)는 −469<k<469\displaystyle -\frac{4\sqrt6}{9}<k<\frac{4\sqrt6}{9}일 때 y=4x+k\displaystyle y=4x+k와 서로 다른 세 점에서 만난다.

하위문항채점기준배점
2-1 (1)주어진 함수의 극댓값과 극솟값을 지나는 직선의 방정식의 기울기를 구할 수 있다. • 미분을 활용하여 그래프의 개형 또는 증감표를 통해 극댓값과 극솟값을 구하면 (4점) • 구한 값을 활용하여 직선의 방정식의 기울기를 구하면 (1점)5
2-1 (2)주어진 함수의 그래프와 일차함수의 그래프의 교점이 3개인 경우를 구할 수 있다. • 미분을 활용하여 그래프의 개형 또는 증감표를 통해 주어진 함수의 그래프와 일차함수의 그래프의 교점이 2개인 경우를 구하면(5점) • 이를 활용하여 교점이 3개인 k\displaystyle k의 값의 범위를 구하면 (2점)7

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