수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

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문제

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(답) 8\displaystyle 8

(풀이)점 P에서의 접선이 기울기가 t\displaystyle t이고 직선 AP와 수직이므로 t×12t2bta=t32bt2(ta)=1\displaystyle t\times\frac{\frac{1}{2}t^{2}-b}{t-a}=\frac{t^{3}-2bt}{2(t-a)}=-1이다. 정리하면t32(b1)t2a=0.\displaystyle t^{3}-2(b-1)t-2a=0.f(t)=t32(b1)t2a\displaystyle f(t)=t^{3}-2(b-1)t-2a라 하면 f(t)=3t22(b1)\displaystyle f^{\prime}(t)=3t^{2}-2(b-1)이다. f(t)=0\displaystyle f^{\prime}(t)=0일 때 t=±2(b1)3\displaystyle t=\pm\sqrt{\frac{2(b-1)}{3}} 이다.조건 (2)를 만족시키려면 f(t)=0\displaystyle f(t)=0이 서로 다른 세 실근을 가져야 한다.

(i) b=5\displaystyle b=5일 때2(b1)3=83\displaystyle \sqrt{\frac{2(b-1)}{3}}=\sqrt{\frac{8}{3}} 이다. f(t)=0\displaystyle f(t)=0이 서로 다른 세 실근을 가질 조건은 f(83)×f(83)<0\displaystyle f\left(\sqrt{\frac{8}{3}}\right)\times f\left(-\sqrt{\frac{8}{3}}\right)<0이다.따라서 (83838832a)(8383+8832a)<0\displaystyle \left(\frac{8}{3}\sqrt{\frac{8}{3}}-8\sqrt{\frac{8}{3}}-2a\right)\left(-\frac{8}{3}\sqrt{\frac{8}{3}}+8\sqrt{\frac{8}{3}}-2a\right)<0이고, (a+8383)(a8383)<0\displaystyle \left(a+\frac{8}{3}\sqrt{\frac{8}{3}}\right)\left(a-\frac{8}{3}\sqrt{\frac{8}{3}}\right)<0이다.8383<a<8383\displaystyle -\frac{8}{3}\sqrt{\frac{8}{3}}<a<\frac{8}{3}\sqrt{\frac{8}{3}}이고, a2<51227=18+2627\displaystyle a^{2}<\frac{512}{27}=18+\frac{26}{27}이므로 a4\displaystyle a\le 4이다. 조건 (1)에 의해 a=4\displaystyle a=4이다.

(ii) b=6\displaystyle b=6일 때2(b1)3=103\displaystyle \sqrt{\frac{2(b-1)}{3}}=\sqrt{\frac{10}{3}} 이다. f(t)=0\displaystyle f(t)=0이 서로 다른 세 실근을 가질 조건은 f(103)×f(103)<0\displaystyle f\left(\sqrt{\frac{10}{3}}\right)\times f\left(-\sqrt{\frac{10}{3}}\right)<0이다.(i)과 같이 풀면 103103<a<103103\displaystyle -\frac{10}{3}\sqrt{\frac{10}{3}}<a<\frac{10}{3}\sqrt{\frac{10}{3}} 을 얻는다.a2<100027=37+127\displaystyle a^{2}<\frac{1000}{27}=37+\frac{1}{27}이므로 a6\displaystyle a\le 6이다. 조건 (1)에 의해 a=4,5,6\displaystyle a=4,5,6이다.

(iii) b=7\displaystyle b=7일 때2(b1)3=2\displaystyle \sqrt{\frac{2(b-1)}{3}}=2이다. f(t)=0\displaystyle f(t)=0이 서로 다른 세 실근을 가질 조건은 f(2)×f(2)<0\displaystyle f(2)\times f(-2)<0이다.(i)과 같이 풀면 8<a<8\displaystyle -8<a<8을 얻는다. 조건 (1)에 의해 a=4,5,6,7\displaystyle a=4,5,6,7이다.따라서 조건 (1), (2)를 모두 만족시키는 점 A(a,b)\displaystyle \mathrm{A}(a,b)의 개수는 1+3+4=8\displaystyle 1+3+4=8이다.

하위 문항채점 기준배점
문제 4A+: 답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. B+: f(2(b1)3)×f(2(b1)3)<0\displaystyle f\left(\sqrt{\frac{2(b-1)}{3}}\right)\times f\left(-\sqrt{\frac{2(b-1)}{3}}\right)<0 일 때 f(t)=0\displaystyle f(t)=0이 서로 다른 세 실근을 가짐을 적음. B: f(t)=0\displaystyle f^{\prime}(t)=0을 풀어 t=±2(b1)3\displaystyle t=\pm\sqrt{\frac{2(b-1)}{3}} 을 구함. C: P에서의 접선과 직선 AP\displaystyle \mathrm{AP}의 수직 조건 f(t)=t32(b1)t2a=0\displaystyle f(t)=t^{3}-2(b-1)t-2a=0을 구함. D: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.31점

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