【공통문항 2】다음 제시문을 이용하여 아래 논제의 풀이 과정과 답을 논리적으로 서술하시오.
(가)함수 f(x)가 x=a에서 미분가능할 때, 곡선 y=f(x) 위의 점 (a,f(a))에서의 접선의 방정식은y=f′(a)(x−a)+f(a)이다.
(나)미분가능한 함수 f(x)에 대하여 f′(a)=0이고, x=a의 좌우에서1) f′(x)의 부호가 양에서 음으로 바뀌면 함수 f(x)는 x=a에서 극대이다.2) f′(x)의 부호가 음에서 양으로 바뀌면 함수 f(x)는 x=a에서 극소이다.
좌표평면 위의 점 (0,t)에서 최고차항의 계수가 1인 삼차함수 y=f(x)의 그래프에 그을 수 있는 접선의 개수를 g(t)라 하자. 함수 y=g(t)의 그래프가 그림과 같을 때, 다음 물음에 답하시오.
[2-1] f(0)의 값을 모두 구하시오. (25점)
[2-2] f(0)<0이고, 함수 y=f(x)의 그래프 위의 점에서의 접선의 기울기의 최솟값이 −3일 때,함수 f(x)를 구하시오. (10점)
해설강의 준비중
부산대 2022학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/pusan/2022mo/jayeon_2
+5점 · g(t)는 y=t와 함수 y=−xf′(x)+f(x)의 그래프의 교점의 개수임을 나타낼 수 있다.
[2-1]함수 y=f(x) 그래프 위의 점 (a,f(a))에서의 접선의 방정식은 y=f′(a)(x−a)+f(a)이다.이 접선이 점 (0,t)를 지나므로 t=−af′(a)+f(a)이다.이때 실수 t에 대하여 t=−af′(a)+f(a)의 서로 다른 실근 a의 개수가 g(t)이다.즉, h(x)=−xf′(x)+f(x)라 하면, g(t)는 직선 y=t와 함수 y=h(x)의 그래프의 교점의 개수이다.
+5점 · f(x)=x3+bx2+cx+d이고, h(x)=−xf′(x)+f(x)라 할 때, h′(0)=h′(−3b)=0임을 구할 수 있다.
f(x)는 최고차항의 계수가 1인 삼차함수이므로 f(x)=x3+bx2+cx+d라 하자.f′(x)=3x2+2bx+c이므로 h(x)=−2x3−bx2+d이고,h′(x)=−6x2−2bx=−2x(3x+b)이므로 h′(0)=h′(−3b)=0이다.
+5점 · b=0이면 −xf′(x)+f(x)는 감소함수이므로 주어진 조건을 만족하지 않음을 나타낼 수 있다.
이때,(i) b=0이면 :h′(x)=−6x2≤0이므로 h(x)는 감소함수이고,
y=t의 교점의 개수는 항상 1개이므로 주어진 조건을 만족하지 않는다.
+5점 · b>0일 때, f(0)=5임을 구할 수 있다.
(ii) b>0이면, h(x)는 x=0과 x=−3b에서 극값을 가지므로 다음과 같고,
주어진 조건에 의해 g(−3)=g(5)=2이므로, h(0)=5이다. h(0)=f(0)이므로 f(0)=5이다.
+5점 · b<0일 때, f(0)=−3임을 구할 수 있다.
(iii) b<0이면, h(x)는 x=0과 x=−3b에서 극값을 가지므로 다음과 같고,
g(−3)=g(5)=2이므로, h(0)=−3이다. h(0)=f(0)이므로 f(0)=−3이다.그러므로, f(0)가 될 수 있는 값은 5와 −3이다.
+1점 · 함수 f(x)의 상수항이 −3임을 구할 수 있다.
[2-2]f(0)<0이므로 [2-1]에 의해 f(0)=−3이다.따라서 h(x)=−2x3−bx2−3이고, y=h(x)의 그래프는 다음과 같다.
+3점 · 함수 f(x)의 x2의 계수가 −6임을 구할 수 있다.
즉, h(−3b)=5이므로h(−3b)=272b3−9b3−3=5−27b3=8b=−6이다.
+3점 · 함수 f(x)의 x의 계수가 9임을 구할 수 있다.
이때, f′(x)=3x2+2bx+c=3x2−12x+c=3(x−2)2+c−12이므로f(x)의 접선의 기울기의 최솟값은 c−12이다.즉, c−12=−3c=9이다.