정답: 3 + 10 2 \displaystyle \dfrac{3+\sqrt{10}}{2} 2 3 + 10
[풀이] 직선 y = m x \displaystyle y=mx y = m x 가 x \displaystyle x x 축의 양의 방향과 이루는 각의 크기를 θ 1 \displaystyle \theta_{1} θ 1 이라 하면 tan θ 1 = m \displaystyle \tan\theta_{1}=m tan θ 1 = m 이다. 직선 y = m x \displaystyle y=mx y = m x 와 곡선 y = − x 2 + 2 x \displaystyle y=-x^{2}+2x y = − x 2 + 2 x 의 두 방정식을 연립하여 풀어 구하면 A ( 2 − m , 2 m − m 2 ) \displaystyle \mathrm{A}(2-m,\ 2m-m^{2}) A ( 2 − m , 2 m − m 2 ) 이다. y = − x 2 + 2 x \displaystyle y=-x^{2}+2x y = − x 2 + 2 x 일 때 y ′ = − 2 x + 2 \displaystyle y^{\prime}=-2x+2 y ′ = − 2 x + 2 이므로 곡선 y = − x 2 + 2 x \displaystyle y=-x^{2}+2x y = − x 2 + 2 x 의 점 A \displaystyle \mathrm{A} A 에서의 접선의 기울기는 2 m − 2 \displaystyle 2m-2 2 m − 2 이다.이 접선과 x \displaystyle x x 축의 양의 방향이 이루는 각의 크기를 θ 2 \displaystyle \theta_{2} θ 2 라 하면 tan θ 2 = 2 m − 2 \displaystyle \tan\theta_{2}=2m-2 tan θ 2 = 2 m − 2 이다.
g ( m ) = tan α \displaystyle g(m)=\tan\alpha g ( m ) = tan α 라 하자.g ( m ) = tan α = tan ( θ 1 − θ 2 ) = tan θ 1 − tan θ 2 1 + tan θ 1 × tan θ 2 = m − ( 2 m − 2 ) 1 + m × ( 2 m − 2 ) = − m + 2 2 m 2 − 2 m + 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 ) = tan α = tan ( θ 1 − θ 2 ) = 1 + tan θ 1 × tan θ 2 tan θ 1 − tan θ 2 = 1 + m × ( 2 m − 2 ) m − ( 2 m − 2 ) = 2 m 2 − 2 m + 1 − m + 2
g ′ ( m ) = − ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) − ( − m + 2 ) ( 4 m − 2 ) ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) 2 = 2 m 2 − 8 m + 3 ( 2 m 2 − 2 m + 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 ) = ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) 2 − ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) − ( − m + 2 ) ( 4 m − 2 ) = ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) 2 2 m 2 − 8 m + 3
g ′ ( m ) = 0 \displaystyle g^{\prime}(m)=0 g ′ ( m ) = 0 이면 2 m 2 − 8 m + 3 = 0 \displaystyle 2m^{2}-8m+3=0 2 m 2 − 8 m + 3 = 0 이고 m = 4 ± 10 2 \displaystyle m=\frac{4\pm\sqrt{10}}{2} m = 2 4 ± 10 이다.0 ≤ m ≤ 1 \displaystyle 0\le m\le 1 0 ≤ m ≤ 1 이므로 m = 4 − 10 2 \displaystyle m=\frac{4-\sqrt{10}}{2} m = 2 4 − 10 이다. m < 4 − 10 2 \displaystyle m<\frac{4-\sqrt{10}}{2} m < 2 4 − 10 일 때 g ′ ( m ) > 0 \displaystyle g^{\prime}(m)>0 g ′ ( m ) > 0 이고 m > 4 − 10 2 \displaystyle m>\frac{4-\sqrt{10}}{2} m > 2 4 − 10 일 때 g ′ ( m ) < 0 \displaystyle g^{\prime}(m)<0 g ′ ( m ) < 0 이므로 함수 g ( m ) \displaystyle g(m) g ( m ) 은 0 ≤ m ≤ 1 \displaystyle 0\le m\le 1 0 ≤ m ≤ 1 에서 m = 4 − 10 2 \displaystyle m=\frac{4-\sqrt{10}}{2} m = 2 4 − 10 일 때 최댓값을 갖는다.
g ( 4 − 10 2 ) = − ( 4 − 10 2 ) + 2 2 ( 4 − 10 2 ) 2 − 2 ( 4 − 10 2 ) + 1 = 10 20 − 6 10 = 3 + 10 2 \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} g ( 2 4 − 10 ) = 2 ( 2 4 − 10 ) 2 − 2 ( 2 4 − 10 ) + 1 − ( 2 4 − 10 ) + 2 = 20 − 6 10 10 = 2 3 + 10
하위 문항 채점 기준 배점 문제 4 A+: 답과 풀이가 맞음
A: 풀이가 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음
B+: g ′ ( m ) = 2 m 2 − 8 m + 3 ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) 2 \displaystyle g^{\prime}(m)=\frac{2m^{2}-8m+3}{\left(2m^{2}-2m+1\right)^{2}} g ′ ( m ) = ( 2 m 2 − 2 m + 1 ) 2 2 m 2 − 8 m + 3 을 정확히 구함
B: g ( m ) = tan α = − m + 2 2 m 2 − 2 m + 1 \displaystyle g(m)=\tan\alpha=\frac{-m+2}{2m^{2}-2m+1} g ( m ) = tan α = 2 m 2 − 2 m + 1 − m + 2 를 정확히 구함
C: 좌표 A ( 2 − m , 2 m − m 2 ) \displaystyle \mathrm{A}(2-m,\ 2m-m^{2}) A ( 2 − m , 2 m − m 2 ) 와 접선의 기울기 2 m − 2 \displaystyle 2m-2 2 m − 2 를 구함
D: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함
F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음 31점