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부산대 2024학년도 수시 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/pusan/2024su/jayeon_1
+4점 · f(x)=a(x−1)3으로 나타낼 수 있다.
[1-1]삼차함수 f(x)가 f(1)=f′(1)=0이므로 y=f(x)의 그래프가 x=1에서 x축에 접하므로f(x)=(x−1)2(ax+b)의 형태가 된다. 또한 f(x)가 일대일대응이므로 f(x)=a(x−1)3이다.
+4점 · y=f(x) 그래프와 직선 y=x가 접한다는 사실을 확인할 수 있다.
방정식 f(x)=f−1(x)의 서로 다른 실근은 두 함수 y=f(x)와 y=f−1(x)의 그래프의 교점의 x좌표와 같다.y=f(x)가 증가함수이므로 두 함수 y=f(x)와 y=f−1(x)의 그래프의 교점은 모두 직선 y=x 위에 있다.조건 (ii)에 의해 y=f(x)의 그래프와 직선 y=x가 서로 다른 두 점에서 만나므로 두 점 중 한 점은 접점이다.
+7점 · f(x)=274(x−1)3을 구할 수 있다.
접점의 좌표를 (t,t)라 하면 f(t)=t이고 f′(t)=1이다.f(t)=t에서 a(t−1)3=t ⋯ ①f′(t)=1에서 3a(t−1)2=1 ⋯ ②①, ②에서 31(t−1)=t이고 t=−21이다. 그러므로 a=274이다.따라서 f(x)=274(x−1)3이다.
+3점 · y=f(x)와 y=f−1(x)의 그래프의 교점에서 접선의 기울기가 −1임을 구할 수 있다.
Comment. 여기서 말하는 교점은 직선 y=x 위의 교점이다. 다른 교점에서의 접선의 기울기가 모두 −1인 것은 아니다.
[1-2]함수 y=f(x)의 그래프와 직선 y=x의 교점의 좌표를 (t,t)라 하자.x=t에서 y=f(x)의 접선의 기울기를 m1이라 하면 접선의 방정식은 y=m1(x−t)+t이다.x=t에서 y=f−1(x)의 접선의 기울기를 m2라 하면 접선의 방정식은 y=m2(x−t)+t이다.조건 (ii)에 의해m1=m2⋯①f와 f−1가 y=x에 대해 대칭이므로 y=m1(x−t)+t를 y=x에 대해 대칭하면 x=m1(y−t)+t에서y=m11(x−t)+t이다. 이 직선의 방정식이 y=m2(x−t)+t와 일치하므로 m11=m2이고m1×m2=1⋯②이다.①, ②에 의해 m12=1이고 m1=±1이다. 함수 f가 감소함수이므로 m1=m2=−1이다.
+3점 · f(x)=−2716(x−1)3을 구할 수 있다.
[1-1]에서 f(x)=a(x−1)3이고, (t,t)를 지나므로 f(t)=t에서a(t−1)3=t⋯③x=t에서 접선의 기울기가 −1이므로 f′(t)=−1에서3a(t−1)2=−1⋯④③, ④에 의해서 −31(t−1)=t이고 t=41이다. 그러므로 a=−2716이다.따라서 f(x)=−2716(x−1)3이다.
+5점 · 사잇값의 정리를 사용하여 x=41인 실근이 있음을 확인할 수 있다.
방정식 f(x)=f−1(x)가 적어도 3개의 서로 다른 실근을 가짐을 보이자.조건 (i)에 의해 y=f(x)는 감소함수이므로 y=f(x)의 그래프와 직선 y=x의 교점의 개수는 1이고이 점의 x좌표가 f(x)=f−1(x)의 실근과 일치하므로 x=41이 f(x)=f−1(x)의 하나의 실근이 된다.g(x)=f(x)−f−1(x)라 하면, g(x)는 실수 전체에서 연속이다.g(−1)=f(−1)−f−1(−1)=27128−(1+2323)>0이고, g(0)=f(0)−f−1(0)=2716−1<0이다.따라서 제시문 (다)에 의해서 (−1,0)에서 g(c)=0인 c가 적어도 하나 존재한다.f(c)=f−1(c)이므로 c가 f(x)=f−1(x)의 하나의 실근이 된다.
+4점 · 직선 y=x에 대한 대칭을 이용하여 다른 하나의 실근이 있음을 확인하여 적어도 3개의 서로 다른 실근을 가짐을 보일 수 있다.
f(c)=q라 하면 f−1(c)=q이고, f와 f−1가 y=x에 대해 대칭이므로 f−1(q)=c,f(q)=c이다.f(q)=c=f−1(q)가 되어 q가 f(x)=f−1(x)의 하나의 실근이 된다.y=f(x)와 y=x의 교점의 개수는 1이라는 사실에 의해 c=q이다.따라서 41,c,q가 f(x)=f−1(x)의 서로 다른 세 실근이다.
Comment. 여기서 말하는 교점은 직선 y=x 위의 교점이다. 다른 교점에서의 접선의 기울기가 모두 −1인 것은 아니다.