수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

오류 제보

문제

[다] 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 어떤 열린구간에서 미분가능하고, 이 구간에 속하는 모든 x\displaystyle x에 대하여① f′(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0이면 f(x)\displaystyle f(x)는 이 구간에서 증가한다.② f′(x)<0\displaystyle f^{\prime}(x)<0이면 f(x)\displaystyle f(x)는 이 구간에서 감소한다.[라] 방정식 f(x)=g(x)\displaystyle f(x)=g(x)의 실근은 두 함수 y=f(x), y=g(x)\displaystyle y=f(x),\ y=g(x)의 그래프가 만나는 점의 x\displaystyle x좌표와 같다.[마] 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]의 임의의 점 x\displaystyle x에서 x\displaystyle x축에 수직인 평면으로 자른 단면의 넓이가 S(x)\displaystyle S(x)인 입체도형의 부피 V\displaystyle V는V=∫abS(x) dx\displaystyle V=\int_a^b S(x)\,dx (단, S(x)\displaystyle S(x)는 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속)

[논제 Ⅱ] 함수 f(x)=−x+1x2, g(x)=−x2+k+1x\displaystyle f(x)=-x+\frac1{x^2},\ g(x)=-x^2+k+\frac1x에 대하여 다음 물음에 답하시오. (단, x>0, k\displaystyle x>0,\ k는 상수이다.)

(1) 구간 (0,∞)\displaystyle (0,\infty)에서 함수 y=x+1x\displaystyle y=x+\frac1x의 증가와 감소를 표로 나타내시오. 이 결과를 이용하여 상수 k\displaystyle k가 양수일 때 두 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 y=g(x)\displaystyle y=g(x)의 그래프가 서로 다른 두 점에서 만남을 보이고, 그 근거를 논술하시오.(단, lim⁡x→0+(x+1x)=∞, lim⁡x→∞(x+1x)=∞\displaystyle \lim_{x\to0+}\left(x+\frac1x\right)=\infty,\ \lim_{x\to\infty}\left(x+\frac1x\right)=\infty) (18점)

(2) (1)에서 두 교점의 x\displaystyle x좌표를 각각 α\displaystyle \alpha와 β\displaystyle \beta라 할 때, (α−β)2\displaystyle (\alpha-\beta)^2을 k\displaystyle k에 대한 식으로 나타내고, 그 식을 S(k)\displaystyle S(k)라 하자. 닫힌구간 [4,10]\displaystyle [4,10]의 임의의 점 x\displaystyle x에서 x\displaystyle x축에 수직인 평면으로 자른 단면의 넓이가 6S(x)\displaystyle 6S(x)인 입체도형의 부피를 구하고, 그 근거를 논술하시오. (15점)

해설강의 준비중
+6점 · 함수를 증가와 감소를 표로 구한다.

(1) 먼저 구간 (0,∞)\displaystyle (0,\infty)에서 함수 y=x+1x\displaystyle y=x+\frac1x의 증가와 감소의 표는 함수의 미분 y′=(x+1)(x−1)x2\displaystyle y^{\prime}=\frac{(x+1)(x-1)}{x^2}을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

x\displaystyle x0\displaystyle 0⋯\displaystyle \cdots1\displaystyle 1⋯\displaystyle \cdots
y′\displaystyle y^{\prime}−\displaystyle -0\displaystyle 0+\displaystyle +
y\displaystyle y↘\displaystyle \searrow2\displaystyle 2↗\displaystyle \nearrow
+6점 · 함수의 교점이 만족하는 방정식을 구한다.

h(x)=f(x)−g(x)=x2+1x2−x−1x−k\displaystyle h(x)=f(x)-g(x)=x^2+\frac1{x^2}-x-\frac1x-k라고 두면두 그래프 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 y=g(x)\displaystyle y=g(x)의 교점의 x\displaystyle x좌표는 h(x)=0\displaystyle h(x)=0의 실근이다.t=x+1x\displaystyle t=x+\frac1x이라고 두면 t≥2\displaystyle t\ge2이고 t2−t−2−k=0\displaystyle t^2-t-2-k=0이다.k\displaystyle k가 양수일 때, t2−t−2−k=0\displaystyle t^2-t-2-k=0은 2보다 큰 실근 1+4k+92\displaystyle \frac{1+\sqrt{4k+9}}2을 한 개만 가진다.이 실근을 t0=1+4k+92\displaystyle t_0=\frac{1+\sqrt{4k+9}}2라고 두면 t=x+1x\displaystyle t=x+\frac1x이므로 h(x)=0\displaystyle h(x)=0의 실근 x\displaystyle x는 x+1x=t0\displaystyle x+\frac1x=t_0의 실근이다.

+6점 · 함수의 그래프의 개형을 이용하여 방정식의 근의 개수가 2개임을 보인다.

x+1x=t0\displaystyle x+\frac1x=t_0의 실근은 두 그래프 y=x+1x\displaystyle y=x+\frac1x와 y=t0\displaystyle y=t_0의 교점의 x\displaystyle x좌표이다.함수 y=x+1x\displaystyle y=x+\frac1x의 증가와 감소의 표를 이용하면, 이 함수의 그래프의 개형으로부터t0>2\displaystyle t_0>2일 때 y=x+1x\displaystyle y=x+\frac1x과 y=t0\displaystyle y=t_0는 x>0\displaystyle x>0 구간에서 서로 다른 2개의 점에서 만난다.따라서 h(x)=0\displaystyle h(x)=0은 서로 다른 두 개의 실근을 가지고,두 함수의 그래프 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 y=g(x)\displaystyle y=g(x)는 서로 다른 2개의 점에서 만난다.

+5점 · 두 근 사이의 관계를 구한다.

(2) α\displaystyle \alpha와 β\displaystyle \beta는 x+1x=t0\displaystyle x+\frac1x=t_0 즉 x2−t0x+1=0\displaystyle x^2-t_0x+1=0의 두 근이므로 α+β=t0\displaystyle \alpha+\beta=t_0이고 αβ=1\displaystyle \alpha\beta=1이다.

+5점 · (α−β)2\displaystyle (\alpha-\beta)^2을 구한다.

t0=1+4k+92\displaystyle t_0=\frac{1+\sqrt{4k+9}}2를 대입하여 계산하면(α−β)2=(α+β)2−4αβ=k−32+124k+9\displaystyle (\alpha-\beta)^2=(\alpha+\beta)^2-4\alpha\beta=k-\frac32+\frac12\sqrt{4k+9}이다.

+5점 · 입체의 부피를 정적분을 이용하여 구한다.

이를 이용하면 S(x)=x−32+124x+9\displaystyle S(x)=x-\frac32+\frac12\sqrt{4x+9}이므로, 입체의 부피는 다음과 같다.∫4106S(x) dx=∫4106(x−32+124x+9)dx=[3x2−9x+12(4x+9)32]410=307\displaystyle \int_4^{10}6S(x)\,dx=\int_4^{10}6\left(x-\frac32+\frac12\sqrt{4x+9}\right)dx=\Biggl[3x^2-9x+\frac12(4x+9)^{\frac32}\Biggr]_4^{10}=307

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.