수리논술, 이게 다다.

자연계열 (오전) 4번

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문제

삼차함수 f(x)=x3+ax2+bx+c\displaystyle f(x)=x^3+ax^2+bx+c 위의 서로 다른 세 점 P(1,f(1)),Q(2,f(2)),R(t,f(t))\displaystyle P(1,f(1)),Q(2,f(2)),R(t,f(t))가 다음 조건을 만족시킨다. (단, a,b,c,t\displaystyle a,b,c,t는 상수이다.)

(가) P\displaystyle P에서 접선의 기울기와 Q\displaystyle Q에서 접선의 기울기의 합은 1\displaystyle 1이다.(나) P\displaystyle P에서 접선의 기울기와 Q\displaystyle Q에서 접선의 기울기의 곱은 −2\displaystyle -2이다.(다) b<10\displaystyle b<10이고, c>0\displaystyle c>0이다.(라) R\displaystyle R은 두 점 P,Q\displaystyle P,Q를 지나는 직선 위에 있다.

다음 물음에 답하시오. (20점)

(1) a+b\displaystyle a+b의 값을 구하시오. (6점)

(2) t\displaystyle t의 값을 구하시오. (7점)

(3) 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 x\displaystyle x축 및 두 직선 x=t\displaystyle x=t, x=1\displaystyle x=1로 둘러싸인 부분의 넓이가 1\displaystyle 1일 때, c\displaystyle c의 값을 구하시오. (7점)

해설강의 준비중
+3점 · 다음 식을 구할 수 있다. (3+2a+b)+(12+4a+b)=1\displaystyle (3+2a+b)+(12+4a+b)=1, (3+2a+b)(12+4a+b)=−2\displaystyle (3+2a+b)(12+4a+b)=-2

(1) f′(x)=3x2+2ax+b\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2+2ax+b이므로x=1\displaystyle x=1에서 기울기는 f′(1)=3+2a+b\displaystyle f^{\prime}(1)=3+2a+bx=2\displaystyle x=2에서 기울기는 f′(2)=12+4a+b\displaystyle f^{\prime}(2)=12+4a+b조건 (가)와 (나)에 의해(3+2a+b)+(12+4a+b)=1\displaystyle (3+2a+b)+(12+4a+b)=1 ⋯⋯①(3+2a+b)(12+4a+b)=−2\displaystyle (3+2a+b)(12+4a+b)=-2 ⋯⋯②

+3점 · a+b\displaystyle a+b의 값 −1\displaystyle -1을 구할 수 있다.

식 ①에서 b=−3a−7\displaystyle b=-3a-7이므로 b\displaystyle b를 식 ②에 대입하면(−a−4)(a+5)=−2\displaystyle (-a-4)(a+5)=-2a2+9a+18=0\displaystyle a^2+9a+18=0방정식의 해는 a=−3,−6\displaystyle a=-3,-6a=−3\displaystyle a=-3이면 b=2\displaystyle b=2이고,a=−6\displaystyle a=-6이면 b=11\displaystyle b=11이다.조건 (다)에 의해 a=−3,b=2\displaystyle a=-3,b=2따라서 a+b=−3+2=−1\displaystyle a+b=-3+2=-1

+3점 · 점 R\displaystyle R의 좌표는 (t,c)\displaystyle (t,c)임을 구할 수 있다.

(2) 조건 (라)에 의하여 f(1)=f(2)=c\displaystyle f(1)=f(2)=c이므로 점 R\displaystyle R의 좌표는 (t,c)\displaystyle (t,c)

+4점 · t\displaystyle t의 값 0\displaystyle 0을 구할 수 있다.

점 R(t,c)\displaystyle R(t,c)가 f(x)\displaystyle f(x)에 위에 있으므로c=t3−3t2+2t+c\displaystyle c=t^3-3t^2+2t+ct(t−1)(t−2)=0\displaystyle t(t-1)(t-2)=0t≠1\displaystyle t\ne1, t≠2\displaystyle t\ne2이므로 t=0\displaystyle t=0이다.

(3) 조건 (다)에 의해 c>0\displaystyle c>0이므로 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프 개형은 다음 그림과 같다.

삼차함수 위의 점 R, P, Q와 직선 y=c
+3점 · 식 ∫01(x3−3x2+2x+c) dx=1\displaystyle \int_0^1(x^3-3x^2+2x+c)\,dx=1을 구할 수 있다.

주어진 문제로부터∫01(x3−3x2+2x+c) dx=1\displaystyle \int_0^1(x^3-3x^2+2x+c)\,dx=1

+4점 · c\displaystyle c의 값 34\displaystyle \frac34을 구할 수 있다.

[14x4−x3+x2+cx]01=1\displaystyle \Biggl[\frac14x^4-x^3+x^2+cx\Biggr]_0^1=114−1+1+c=1\displaystyle \frac14-1+1+c=1따라서 c=34\displaystyle c=\frac34이다.

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