경희대 2020학년도 수시 자연계열 (토요일) 1번 · mathesis.kr/archive/khu/2020su/jayeon_sat_1
문제
[가] 함수 에서 의 값이 보다 큰 값을 가지면서 에 한없이 가까워질 때, 의 값이 일정한 수 에 한없이 가까워지면 를 에서의 함수 의 우극한이라 하며, 기호로 와 같이 나타낸다. 또, 가 보다 작은 값을 가지면서 에 한없이 가까워질 때, 의 값이 일정한 수 에 한없이 가까워지면 를 에서의 함수 의 좌극한이라 하며, 기호로 와 같이 나타낸다.[나] 함수 가 에서 미분가능할 때, 곡선 위의 점 에서의 접선의 방정식은[다] 구간 에서 연속인 함수 에 대하여 미분가능한 함수 의 도함수 가 구간 에서 연속이고 , 이면[라] 닫힌 구간 의 임의의 점 에서 축에 수직인 평면으로 자를 때 생기는 단면의 넓이가 인 입체도형의 부피 는 (단, 는 닫힌 구간 에서 연속)[마] 미분가능한 함수 에 대하여 일 때, 의 좌우에서 의 부호가 양에서 음으로 바뀌면 는 에서 극대이고, 극댓값 를 가진다.
[논제 Ⅰ] 제시문 [가] ~ [마]를 읽고 다음 질문에 답하시오.
그림과 같이 원 는 원 의 내부에서 축과 접하고, 제 사분면 위의 점 에서 원 과 접한다. 원 의 중심을 라 하고 점 에서 축에 내린 수선의 발을 라 하자. (단, 는 원점)

[논제 Ⅰ-1]일 때 원 위의 점 에서의 접선을 이라 하자. 접선 이 축과 만나는 점을 라 할 때, 두 점 와 를 지나는 직선의 방정식을 구하고, 그 근거를 논술하시오. (6점)
[논제 Ⅰ-2](1) 인 점 에 대하여, 점 의 좌표와 좌표를 에 관한 함수 와 로 각각 나타내고, 그 근거를 논술하시오. (10점)
(2) 극한값 를 구하고, 그 근거를 논술하시오. (4점)
[논제 Ⅰ-3]점 가 그리는 곡선과 축 그리고 축으로 둘러싸인 영역 의 넓이를 이라 하자. 영역 의 내부에 있고 각 변이 축 또는 축에 평행한 직사각형의 넓이의 최댓값을 이라 할 때, 과 을 각각 구하고, 그 근거를 논술하시오. (15점)Comment. 이 문제의 ‘내부’는 경계까지 포함하는 뜻으로 보아야 한다. 경계를 제외하면 직사각형 넓이의 최댓값은 존재하지 않는다.
[논제 Ⅰ-4](1) 삼각형 를 밑면으로 하고 높이가 선분 의 길이와 같은 삼각기둥을 만들었을 때, 이 삼각기둥의 부피의 최댓값을 구하고, 그 근거를 논술하시오. (10점)
(2)이고 일 때, 점 의 좌표가 인 삼각형 의 넓이를 라 하자. 닫힌 구간 의 임의의 점 에서 축에 수직인 평면으로 자른 단면의 넓이가 인 입체도형의 부피가 일 때, 극한값 을 구하고, 그 근거를 논술하시오. (15점)
경희대 2020학년도 수시 자연계열 (토요일) 1번 · mathesis.kr/archive/khu/2020su/jayeon_sat_1
[논제 Ⅰ-1]점 는 함수 의 그래프 위의 점이고, 이다. 접선 은 기울기가 , 점 을 지나는 직선 이다. 따라서 점 의 좌표는 이다.
, , 를 생각하자. 와 는 합동인 직각삼각형이므로 선분 는 의 이등분선 위에 있다. 직선 의 기울기가 이므로, 에서 이고 따라서 이다. 그러므로 두 점 와 를 지나는 직선은 기울기가 , 점 을 지나는 직선 이다.
[논제 Ⅰ-2](1) 점 는 함수 의 그래프 위의 점이고, 이므로 점 에서 원 에 접하는 접선 의 기울기는 이다.따라서 원 의 중심 는 점 에서 에 수직인 직선 위에 있으며, 인 점이다. 점 의 좌표를 라 하면,
, 이다. 이므로 이고, 또는 이다. 이므로 이다.따라서 , 이다.
(2) 극한값을 구하면
[논제 Ⅰ-3][논제 Ⅰ-2] (1)에 의해, 점 의 좌표를 라 하면 인 경우, 이고, 이때 의 범위는 이다. 여기서 이므로, ①이다. 마찬가지로, [논제 Ⅰ-2] (1)에 의해,②이므로 ①, ②에 의해 점 의 좌표 는 에서 식 을 만족한다.
따라서 영역 의 넓이는 이다.영역 의 내부에서 두변이 각각 축과 축에 평행한 직사각형의 넓이가 최대가 되는 경우, 직사각형의 두변은 각각 축과 축 위에 있고, 한 꼭짓점은 점 가 그리는 곡선 위에 있다. 점 의 좌표가 일 때 직사각형의 넓이를 라 하면, 이고 이다. 인 에서 인 것은 이다. 에서 이고, 에서 이므로 제시문 [마]에 의해 는 에서 최댓값 을 가진다. 따라서 이다.
[논제 Ⅰ-4](1) 인 에 대하여 , , 이고, [논제 Ⅰ-3]의 식 ①로부터 이다.(의 넓이)(의 넓이)(의 넓이),따라서 의 넓이는 이다. 이므로,삼각기둥의 부피는 이다.
삼각기둥의 부피를 라 하면 이고, 에서 을 만족하는 는 이다. 에서 이고, 에서 이므로, 제시문 [마]에 의해 는 일 때 최대이고, 부피의 최댓값은 이다.
(2) [논제 Ⅰ-4] (1)에 의해, 이므로, 제시문 [라]에 의해 입체도형의 부피는 이다. 로 놓으면 이고 이므로
로 놓으면,
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