수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 B 1번

문제

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해설강의 준비중
+20점 · f(x)=x(x1)(x2+ax+a)\displaystyle f(x)=x(x-1)(x^2+ax+a) 구하면 +40점 · 0<a4\displaystyle 0<a\le4 구하면 (0a4\displaystyle 0\le a\le4라고 하면 (+30점만)) +10점 · 답 4f(0)<0\displaystyle -4\le f\prime(0)<0 구하면

(1-1) 조건 (나)로부터 f(x)=x(x1)(x2+ax+b)\displaystyle f(x)=x(x-1)(x^2+ax+b)으로 쓸 수 있고, 조건 (가)로부터 a=b\displaystyle a=b를 얻는다. 즉 f(x)=x(x1)(x2+ax+a)\displaystyle f(x)=x(x-1)(x^2+ax+a)이고, 또한 조건 (나)로부터 방정식 x2+ax+a=0\displaystyle x^2+ax+a=0은 서로 다른 실근을 가지지 않는다. 따라서 a24a0\displaystyle a^2-4a\le0이므로 0a4\displaystyle 0\le a\le4를 얻는다.a=0\displaystyle a=0인 경우 f(x)\displaystyle |f(x)|x=0\displaystyle x=0에서 미분가능하므로 0<a4\displaystyle 0<a\le4이다.한편 f(0)=a\displaystyle f\prime(0)=-a이므로 4f(0)<0\displaystyle -4\le f\prime(0)<0이다.

+40점 · limx0+ef(x)1x=3\displaystyle \lim_{x\to0+}\frac{e^{|f(x)|}-1}x=3 구하면 +40점 · limx0ef(x)1x=3\displaystyle \lim_{x\to0-}\frac{e^{|f(x)|}-1}x=-3 구하면

(1-2) limx0+ef(x)1x=limx0+ef(x)1x={ef(x)}(0)=f(0)=3\displaystyle \lim_{x\to0+}\frac{e^{|f(x)|}-1}x=\lim_{x\to0+}\frac{e^{-f(x)}-1}x=\{e^{-f(x)}\}\prime(0)=-f\prime(0)=3이고limx0ef(x)1x=limx0ef(x)1x={ef(x)}(0)=f(0)=3\displaystyle \lim_{x\to0-}\frac{e^{|f(x)|}-1}x=\lim_{x\to0-}\frac{e^{f(x)}-1}x=\{e^{f(x)}\}\prime(0)=f\prime(0)=-3이므로 ef(x)\displaystyle e^{|f(x)|}x=0\displaystyle x=0에서 미분가능하지 않다.

+10점 · x(x1)(x2+ax+a)=mx+n+(xα)2(xβ)2\displaystyle x(x-1)(x^2+ax+a)=mx+n+(x-\alpha)^2(x-\beta)^2 구하면 +40점 · m=(a1)38a\displaystyle m=\frac{(a-1)^3}8-a 구하면

(1-3) 조건으로부터 x(x1)(x2+ax+a)=mx+n+(xα)2(xβ)2\displaystyle x(x-1)(x^2+ax+a)=mx+n+(x-\alpha)^2(x-\beta)^2을 얻고 이로부터2(α+β)=a1,  (α+β)2+2αβ=0,  m2(α+β)αβ=a\displaystyle -2(\alpha+\beta)=a-1,\;(\alpha+\beta)^2+2\alpha\beta=0,\;m-2(\alpha+\beta)\alpha\beta=-a를 얻는다. 따라서m=2(α+β)αβa=(1a)(12)(1a2)2a=(a1)38a\displaystyle m=2(\alpha+\beta)\alpha\beta-a=(1-a)(-\frac12)(\frac{1-a}2)^2-a=\frac{(a-1)^3}8-a를 얻는다.

+30점 · 답 f(0)=1263\displaystyle f\prime(0)=-1-\frac{2\sqrt6}3 구하면

또한 dmda=3(a1)281=0\displaystyle \frac{dm}{da}=\frac{3(a-1)^2}8-1=0일 때, a=1±263\displaystyle a=1\pm\frac{2\sqrt6}3이고 0<a4\displaystyle 0<a\le4이므로 m\displaystyle m의 최솟값은 a=1+263\displaystyle a=1+\frac{2\sqrt6}3일 때이다. 따라서 f(0)=a=1263\displaystyle f\prime(0)=-a=-1-\frac{2\sqrt6}3이다.

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