수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

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문제

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정답: 3+102\displaystyle \dfrac{3+\sqrt{10}}{2}

[풀이] 직선 y=mx\displaystyle y=mxx\displaystyle x축의 양의 방향과 이루는 각의 크기를 θ1\displaystyle \theta_{1}이라 하면 tanθ1=m\displaystyle \tan\theta_{1}=m이다.직선 y=mx\displaystyle y=mx와 곡선 y=x2+2x\displaystyle y=-x^{2}+2x의 두 방정식을 연립하여 풀어 구하면 A(2m, 2mm2)\displaystyle \mathrm{A}(2-m,\ 2m-m^{2})이다.y=x2+2x\displaystyle y=-x^{2}+2x일 때 y=2x+2\displaystyle y^{\prime}=-2x+2이므로 곡선 y=x2+2x\displaystyle y=-x^{2}+2x의 점 A\displaystyle \mathrm{A}에서의 접선의 기울기는 2m2\displaystyle 2m-2이다.이 접선과 x\displaystyle x축의 양의 방향이 이루는 각의 크기를 θ2\displaystyle \theta_{2}라 하면 tanθ2=2m2\displaystyle \tan\theta_{2}=2m-2이다.

g(m)=tanα\displaystyle g(m)=\tan\alpha라 하자.g(m)=tanα=tan(θ1θ2)=tanθ1tanθ21+tanθ1×tanθ2=m(2m2)1+m×(2m2)=m+22m22m+1\displaystyle g(m)=\tan\alpha=\tan(\theta_{1}-\theta_{2}) =\frac{\tan\theta_{1}-\tan\theta_{2}}{1+\tan\theta_{1}\times\tan\theta_{2}} =\frac{m-(2m-2)}{1+m\times(2m-2)}=\frac{-m+2}{2m^{2}-2m+1}

g(m)=(2m22m+1)(m+2)(4m2)(2m22m+1)2=2m28m+3(2m22m+1)2\displaystyle g^{\prime}(m) =\frac{-\left(2m^{2}-2m+1\right)-(-m+2)(4m-2)}{\left(2m^{2}-2m+1\right)^{2}} =\frac{2m^{2}-8m+3}{\left(2m^{2}-2m+1\right)^{2}}

g(m)=0\displaystyle g^{\prime}(m)=0이면 2m28m+3=0\displaystyle 2m^{2}-8m+3=0이고 m=4±102\displaystyle m=\frac{4\pm\sqrt{10}}{2}이다.0m1\displaystyle 0\le m\le 1이므로 m=4102\displaystyle m=\frac{4-\sqrt{10}}{2}이다. m<4102\displaystyle m<\frac{4-\sqrt{10}}{2}일 때 g(m)>0\displaystyle g^{\prime}(m)>0이고 m>4102\displaystyle m>\frac{4-\sqrt{10}}{2}일 때 g(m)<0\displaystyle g^{\prime}(m)<0이므로 함수 g(m)\displaystyle g(m)0m1\displaystyle 0\le m\le 1에서 m=4102\displaystyle m=\frac{4-\sqrt{10}}{2}일 때 최댓값을 갖는다.

g(4102)=(4102)+22(4102)22(4102)+1=1020610=3+102\displaystyle g\left(\frac{4-\sqrt{10}}{2}\right)=\frac{-\left(\frac{4-\sqrt{10}}{2}\right)+2}{2\left(\frac{4-\sqrt{10}}{2}\right)^{2}-2\left(\frac{4-\sqrt{10}}{2}\right)+1}=\frac{\sqrt{10}}{20-6\sqrt{10}}=\frac{3+\sqrt{10}}{2}

하위 문항채점 기준배점
문제 4A+: 답과 풀이가 맞음 A: 풀이가 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음 B+: g(m)=2m28m+3(2m22m+1)2\displaystyle g^{\prime}(m)=\frac{2m^{2}-8m+3}{\left(2m^{2}-2m+1\right)^{2}}을 정확히 구함 B: g(m)=tanα=m+22m22m+1\displaystyle g(m)=\tan\alpha=\frac{-m+2}{2m^{2}-2m+1}를 정확히 구함 C: 좌표 A(2m, 2mm2)\displaystyle \mathrm{A}(2-m,\ 2m-m^{2})와 접선의 기울기 2m2\displaystyle 2m-2를 구함 D: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함 F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음31점

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