수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중
+20점 · x=0\displaystyle x=0을 대입하여 필요한 식 01tf(t)dt=2a\displaystyle \int_0^1tf\prime(t)dt=-\frac2a를 구하면

(3-1) x=0\displaystyle x=0을 대입하면 2+a01tf(t)dt=0\displaystyle 2+a\int_0^1tf\prime(t)dt=0이므로 01tf(t)dt=2a\displaystyle \int_0^1tf\prime(t)dt=-\frac2a이다.

+30점 · 0xf(t)dt=13x3\displaystyle \int_0^xf(t)dt=\frac13x^3을 구하여 f(x)=x2\displaystyle f(x)=x^2임을 보이면

따라서 0xf(t)dt=13x3+x2+2+a(12x2+1)(2a)=13x3\displaystyle \int_0^xf(t)dt=\frac13x^3+x^2+2+a\left(\frac12x^2+1\right)\cdot\left(-\frac2a\right)=\frac13x^3이다. 양변을 x\displaystyle x에 대하여 미분하면 f(x)=x2\displaystyle f(x)=x^2이다.

+10점 · a=3\displaystyle a=-3임을 보이면

0=2+a01tf(t)dt=2+a012t2dt=2+23a\displaystyle 0=2+a\int_0^1tf\prime(t)dt=2+a\int_0^12t^2dt=2+\frac23a이므로 a=3\displaystyle a=-3이다.

+20점 · 두 그래프가 원점 이외의 점에서 만나면 반드시 다른 만나는 점이 또 있음을 기술하여 두 그래프가 원점에 만나야 한다고 기술하면

(3-2) 만나는 점을 (b,b2)\displaystyle (b,b^2)이라 하면 b2+(b2h)2=x2\displaystyle b^2+(b^2-h)^2=x^2이므로 (b,b2)\displaystyle (-b,b^2)도 역시 만나는 점이 된다.따라서 b=b\displaystyle b=-b가 되어 b=0\displaystyle b=0이다. 즉 원점에서 만나고 그 외의 점에서는 만나면 안 된다.

+20점 · h=r\displaystyle h=r임을 구하여 x2=2r1\displaystyle x^2=2r-1를 얻으면

x2+(yh)2=r2\displaystyle x^2+(y-h)^2=r^2가 원점을 지나므로 h=r\displaystyle h=r이다. 따라서 x2+(yr)2=r2\displaystyle x^2+(y-r)^2=r^2y=x2\displaystyle y=x^2은 원점에서만 만나야 한다. 연립하여 풀면 x2+(x2r)2=r2\displaystyle x^2+(x^2-r)^2=r^2이 되어 x2+x42rx2=0\displaystyle x^2+x^4-2rx^2=0이다. x=0\displaystyle x=0은 이 방정식의 해이고 x=0\displaystyle x=0 이외의 값은 해가 될 수 없다. 즉 1+x22r=0\displaystyle 1+x^2-2r=0x=0\displaystyle x=0 이외의 해를 가지면 안 된다. 따라서 x2=2r10\displaystyle x^2=2r-1\le0가 되어야 하고

+20점 · r\displaystyle r의 최댓값이 12\displaystyle \frac12임을 보이면

r12\displaystyle r\le\frac12이다. 그러므로 r\displaystyle r의 최댓값은 12\displaystyle \frac12이다.

+10점 · 원의 중심이 (3,0)\displaystyle (3,0)임을 구하면

(3-3) x2+y26x+8=0\displaystyle x^2+y^2-6x+8=0에서 (x3)2+y2=1\displaystyle (x-3)^2+y^2=1을 얻을 수 있으므로 중심이 (3,0)\displaystyle (3,0)이고 반지름이 1인 원이다.

+10점 · (3,0)\displaystyle (3,0)과 포물선 y=x2\displaystyle y=x^2위의 임의의 점 사이의 거리를 구하여 식 g(t)=t4+t26t+9\displaystyle g(t)=t^4+t^2-6t+9(또는 g(t)\displaystyle \sqrt{g(t)})를 구하면

곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)위의 점 (t,t2)\displaystyle (t,t^2)과 원의 중심 (3,0)\displaystyle (3,0)사이의 거리의 제곱을 g(t)\displaystyle g(t)라 하면, g(t)=(t3)2+(t20)2=t4+t26t+9\displaystyle g(t)=(t-3)^2+(t^2-0)^2=t^4+t^2-6t+9이다.

g(t)=4t3+2t6=2(t1)(2t2+2t+3)\displaystyle g\prime(t)=4t^3+2t-6=2(t-1)(2t^2+2t+3)이고 증감을 조사하면 다음과 같다.

t\displaystyle t\displaystyle \cdots1\displaystyle 1\displaystyle \cdots
g(t)\displaystyle g\prime(t)\displaystyle -0\displaystyle 0+\displaystyle +
g(t)\displaystyle g(t)\displaystyle \searrow5\displaystyle 5\displaystyle \nearrow

+30점 · g(t)\displaystyle g(t)의 최솟값은 t=1\displaystyle t=1에서 얻어지고 최솟값이 5임을 보이면

따라서 g(t)\displaystyle g(t)t=1\displaystyle t=1에서 최솟값 5\displaystyle 5를 갖는다.

+10점 · 최종적으로 답 51\displaystyle \sqrt5-1을 구하면

곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)위의 점과 원의 중심 (3,0)\displaystyle (3,0)사이의 거리의 최솟값은 5\displaystyle \sqrt5이다. 그러므로 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)위의 점과 원 x2+y26x+8=0\displaystyle x^2+y^2-6x+8=0위의 점 사이의 거리의 최솟값은 51\displaystyle \sqrt5-1이다.

+20점 · P\displaystyle PR\displaystyle R에서 접선의 기울기가 같음을 알고 R\displaystyle R의 좌표를 P\displaystyle P를 이용하여 표현하면

(3-4) 문제의 조건을 만족하기 위해서는 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 점 P(t,f(t))\displaystyle P(t,f(t))에서의 접선의 기울기와 곡선 y=12(x2)2+14=h(x)\displaystyle y=-\frac12(x-2)^2+\frac14=h(x)의 점 R(s,h(s))\displaystyle R(s,h(s))에서의 접선의 기울기가 같아야 한다. 따라서 2t=2s\displaystyle 2t=2-s이다.s=22t\displaystyle s=2-2t가 된다.

+10점 · PR2=9t4+152t212t+6516\displaystyle \overline{PR}^2=9t^4+\frac{15}2t^2-12t+\frac{65}{16}를 구하면

이 때, PR2=(t(22t))2+(t2h(22t))2=9t4+152t212t+6516\displaystyle \overline{PR}^2=(t-(2-2t))^2+(t^2-h(2-2t))^2=9t^4+\frac{15}2t^2-12t+\frac{65}{16}

+20점 · 미분하여 최솟값이 t=12\displaystyle t=\frac12에 나온다는 것을 풀면

미분하여 인수분해하면 3(2t1)(6t2+3t+4)\displaystyle 3(2t-1)(6t^2+3t+4)이므로 t=12\displaystyle t=\frac12에서 최솟값을 가진다. 이 때, s=1\displaystyle s=1이다.

+10점 · 최종적으로 답 22\displaystyle \frac{\sqrt2}2를 구하면

선분 PR\displaystyle \overline{PR}의 길이가 최소가 되도록 하는 두 점이 P(12,14)\displaystyle P\left(\frac12,\frac14\right), R(1,14)\displaystyle R\left(1,-\frac14\right)이므로 답은 PR=22\displaystyle \overline{PR}=\frac{\sqrt2}2이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.