수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

[문제 3] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

아래 그림은 세 곡선 y=f(x),y=g(x),y=h(x)\displaystyle y=f(x),y=g(x),y=h(x)와 직선 y=t\displaystyle y=t를 나타낸다. (단, 52<t<5\displaystyle \frac52<t<5)

세 곡선 f, g, h 위의 점 A, B, C와 직선 y=t

(가) f(x)=19(x+1)2+2\displaystyle f(x)=\frac19(x+1)^2+2 (x≥0\displaystyle x\geq0), g(x)\displaystyle g(x)는 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 역함수, h(x)=3x−3−2\displaystyle h(x)=3\sqrt{x-3}-2이다.

(나) 직선 y=t\displaystyle y=t와 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)가 만나는 점을 A라 하자.

(다) 점 A를 지나고 기울기가 −1\displaystyle -1인 직선이 두 곡선 y=g(x),y=h(x)\displaystyle y=g(x),y=h(x)와 만나는 점을 각각 B, C라 하자.

[3.1] 선분 BC의 길이를 구하시오.

[3.2] AB‾=BC‾\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\overline{\mathrm{BC}}를 만족시키는 t\displaystyle t의 값을 구하시오.

[3.3] 문항 [3.2]를 만족시키는 t\displaystyle t에 대하여, 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 이 곡선 위의 점 A에서의 접선 및 y\displaystyle y축으로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하시오.

해설강의 준비중
+4점

[3.1] g(x)\displaystyle g(x)는 함수 f(x)=19(x+1)2+2\displaystyle f(x)=\frac19(x+1)^2+2의 역함수이므로g(x)=3x−2−1\displaystyle g(x)=3\sqrt{x-2}-1이다.

+7점

직선 BC의 기울기가 −1\displaystyle -1이므로, 점 C는 점 B를 x\displaystyle x축의 방향으로 c\displaystyle c(상수)만큼, y\displaystyle y축의 방향으로 −c\displaystyle -c만큼 평행 이동한 점이다. 점 B는 y=g(x)\displaystyle y=g(x) 위에 있고, 점 C는 y=h(x)\displaystyle y=h(x) 위에 있는데, 함수 h(x)=3x−3−2\displaystyle h(x)=3\sqrt{x-3}-2의 그래프는 함수 g(x)=3x−2−1\displaystyle g(x)=3\sqrt{x-2}-1의 그래프를 x\displaystyle x축의 방향으로 1\displaystyle 1만큼, y\displaystyle y축의 방향으로 −1\displaystyle -1만큼 평행 이동한 것이므로 c=1\displaystyle c=1이다. 따라서 BC‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{BC}}=\sqrt2이다.

+4점

[3.2] g(x)\displaystyle g(x)는 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 역함수이고 선분 AB의 기울기가 −1\displaystyle -1이므로, 두 점 A와 B는 직선 y=x\displaystyle y=x에 대하여 대칭이다. 따라서 A(p,t)\displaystyle \mathrm{A}(p,t)이라 하면 B(t,p)\displaystyle \mathrm{B}(t,p)이다. (단, t>p\displaystyle t>p)AB‾=2(p−t)2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{2(p-t)^2}이다.

+7점

AB‾=BC‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\overline{\mathrm{BC}}=\sqrt2이므로 t=p+1\displaystyle t=p+1한편 A은 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 위의 점이므로t=19(p+1)2+2\displaystyle t=\frac19(p+1)^2+2에서 t=19t2+2\displaystyle t=\frac19t^2+2t2−9t+18=(t−3)(t−6)=0\displaystyle t^2-9t+18=(t-3)(t-6)=0이다. 그런데 52<t<5\displaystyle \frac52<t<5이므로 t=3\displaystyle t=3이다.

+5점

[3.3] t=3\displaystyle t=3을 대입하면, A(2,3)\displaystyle \mathrm{A}(2,3)이다. 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 위의 점 A(2,3)\displaystyle \mathrm{A}(2,3)에서의 접선의 기울기는f′(2)=29(2+1)=23\displaystyle f^{\prime}(2)=\frac29(2+1)=\frac23이므로,

+6점

접선의 방정식은 y=23x+53\displaystyle y=\frac23x+\frac53이다. 따라서 구하는 도형의 넓이는∫02{19(x+1)2+2−23x−53} dx=827\displaystyle \int_0^2\left\{\frac19(x+1)^2+2-\frac23x-\frac53\right\}\,dx=\frac8{27}이다.

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