수리논술, 이게 다다.

공학계열 1-1번

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문제

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

가) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속이고 열린구간 (a,b)\displaystyle (a,b)에서 미분가능할 때, (a,b)\displaystyle (a,b)의 모든 x\displaystyle x에 대하여(1) f′(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0이면 f(x)\displaystyle f(x)는 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 증가한다.(2) f′(x)<0\displaystyle f^{\prime}(x)<0이면 f(x)\displaystyle f(x)는 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 감소한다.

[문제 1-1] 양의 실수에서 정의된 함수 f(x)={x3−4x2+5x−2x2−1(x≠1)a(x=1)\displaystyle f(x)=\begin{cases}\frac{x^3-4x^2+5x-2}{x^2-1}&(x\neq1)\\a&(x=1)\end{cases}이 x=1\displaystyle x=1에서 미분가능할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, a\displaystyle a는 상수이다.)

(1) a\displaystyle a의 값을 구하시오.

(2) f′(1)\displaystyle f^{\prime}(1)의 값을 구하시오.

(3) 제시문 가)를 이용하여 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 증가하는 구간을 모두 구하시오.

해설강의 준비중

[정답 1-1] (총 15점)

+3점 · 함수의 분모와 분자를 인수분해하여 식을 정리할 수 있다.

(1) a\displaystyle a의 값 (5점)x≠1\displaystyle x\neq1에서의 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 분자를 인수분해 하면x3−4x2+5x−2=(x−1)2(x−2)\displaystyle x^3-4x^2+5x-2=(x-1)^2(x-2)분모를 인수분해 하면x2−1=(x−1)(x+1)\displaystyle x^2-1=(x-1)(x+1)[1점]따라서 x≠1\displaystyle x\neq1에서f(x)=(x−1)2(x−2)(x−1)(x+1)=(x−1)(x−2)(x+1)=x2−3x+2x+1\displaystyle f(x)=\frac{(x-1)^2(x-2)}{(x-1)(x+1)}=\frac{(x-1)(x-2)}{(x+1)}=\frac{x^2-3x+2}{x+1}[2점]

+2점 · 함수의 연속성을 이용하여 극한값을 계산하고, 상수 a\displaystyle a의 값을 도출할 수 있다.

미분가능하므로 연속이다.a=lim⁡x→1f(x)=lim⁡x→1(x−1)(x−2)(x+1)=0\displaystyle a=\lim_{x\to1}f(x)=\lim_{x\to1}\frac{(x-1)(x-2)}{(x+1)}=0따라서a=0\displaystyle a=0 이다.[2점]

+3점 · 몫의 미분법을 이용하여 도함수 f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)를 올바르게 구할 수 있다.

(2) f′(1)\displaystyle f^{\prime}(1)의 값 (5점)(1)에 의해 x>0\displaystyle x>0일 때 f(x)=x2−3x+2x+1\displaystyle f(x)=\frac{x^2-3x+2}{x+1}이다.[1점]f(x)\displaystyle f(x)의 분자를 N(x)\displaystyle N(x), 분모를 D(x)\displaystyle D(x)라 하자.N(x)=x2−3x+2\displaystyle N(x)=x^2-3x+2, D(x)=x+1\displaystyle D(x)=x+1이다.함수 f(x)\displaystyle f(x)의 도함수 f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)는f′(x)=N′(x)D(x)−N(x)D′(x){D(x)}2=(2x−3)(x+1)−(x2−3x+2)(x+1)2=x2+2x−5(x+1)2\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{N^{\prime}(x)D(x)-N(x)D^{\prime}(x)}{\{D(x)\}^2}=\frac{(2x-3)(x+1)-(x^2-3x+2)}{(x+1)^2}=\frac{x^2+2x-5}{(x+1)^2}[2점]

+2점 · x=1\displaystyle x=1에서의 미분계수 f′(1)\displaystyle f^{\prime}(1)의 값을 계산할 수 있다.

따라서,f′(1)=1+2−5(1+1)2=−24=−12\displaystyle f^{\prime}(1)=\frac{1+2-5}{(1+1)^2}=\frac{-2}{4}=-\frac{1}{2}[2점]

+2점 · 도함수가 0이 되는 x\displaystyle x값을 구하고, 부호 변화를 조사할 수 있다.

(3) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 증가하는 구간 (5점)도함수 f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)에서 f′(x)=x2+2x−5(x+1)2\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{x^2+2x-5}{(x+1)^2}이므로f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0에서 x=6−1\displaystyle x=\sqrt{6}-1 (x>0\displaystyle x>0)[2점]

+3점 · 증감표를 통해 함수가 증가하는 구간을 정확히 서술할 수 있다.

함수 f(x)\displaystyle f(x)의 증가와 감소를 나타내는 표를 만들면

xx0⋯6−1\sqrt6-1⋯
f′(x)f^{\prime}(x) −0+
f(x)f(x)(2)↘26−52\sqrt6-5↗

따라서, 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 구간 [6−1,∞)\displaystyle [\sqrt{6}-1,\infty)에서 증가한다.[3점]

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