수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계 2교시 수학2

문제

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+4점 · f(a)=lna+1a1\displaystyle f(a)=\ln a+\frac1a-1 유도 +2점 · h(a)=lna+2a2\displaystyle h(a)=\ln a+\frac2a-2 유도

[수학2-ⅰ]문제의 조건으로 부터f(a)=1a(1x1a)dx=(lna1)(ln11a)=lna+1a1\displaystyle f(a)=\int_{1}^{a}\left(\frac1x-\frac1a\right)dx=(\ln a-1)-\left(\ln1-\frac1a\right)=\ln a+\frac1a-1g(a)=(a1)1a=11a\displaystyle g(a)=(a-1)\frac1a=1-\frac1a따라서h(a)=lna+2a2\displaystyle h(a)=\ln a+\frac2a-2

+3점 · h(a)=a2a2\displaystyle h^{\prime}(a)=\frac{a-2}{a^{2}} 유도 +3점 · 최솟값 h(2)=ln21\displaystyle h(2)=\ln2-1

[수학2-ⅱ]h(a)=1a2a2=a2a2\displaystyle h^{\prime}(a)=\frac1a-\frac2{a^{2}}=\frac{a-2}{a^{2}}, h(a)=1a2+4a3\displaystyle h^{\prime\prime}(a)=-\frac1{a^{2}}+\frac4{a^{3}}이고 h(2)=14>0\displaystyle h^{\prime\prime}(2)=\frac14>0 이므로h(a)\displaystyle h(a)의 최솟값은 h(2)=ln21\displaystyle h(2)=\ln2-1 이다.

+4점 · lima1lnaa1=limx0ln(1+x)1x\displaystyle \lim_{a\to1}\frac{\ln a}{a-1}=\lim_{x\to0}\ln(1+x)^{\frac1x} 임을 유도

[수학2-ⅲ]h(a)a1=lnaa12a\displaystyle \frac{h(a)}{a-1}=\frac{\ln a}{a-1}-\frac2a이므로lima1h(a)a1=lima1(lnaa12a)=lima1lnaa12=limx0ln(1+x)x2=limx0ln(1+x)1x2\displaystyle \begin{aligned}\lim_{a\to1}\frac{h(a)}{a-1}&=\lim_{a\to1}\left(\frac{\ln a}{a-1}-\frac2a\right)=\lim_{a\to1}\frac{\ln a}{a-1}-2\\&=\lim_{x\to0}\frac{\ln(1+x)}{x}-2\\&=\lim_{x\to0}\ln(1+x)^{\frac1x}-2\end{aligned}

+2점 · lima1h(a)a1=1\displaystyle \lim_{a\to1}\frac{h(a)}{a-1}=-1 도출

따라서 <제시문 2>에 의해서lima1h(a)a1=lne2=1\displaystyle \lim_{a\to1}\frac{h(a)}{a-1}=\ln e-2=-1임을 알수 있다.

+2점 · k(a)=a3/2a+2a2\displaystyle k^{\prime}(a)=\frac{a^{3/2}-a+2}{a^{2}} 임을 보인다. +3점 · a>1\displaystyle a>1이므로 k(a)=a(a1)+2a2>0\displaystyle k^{\prime}(a)=\frac{a(\sqrt{a}-1)+2}{a^{2}}>0 임을 보인다. +1점 · k(1)>0\displaystyle k(1)>0임을 보인다.

[수학2-ⅳ]k(a)=2ah(a)=2alna2a+2\displaystyle k(a)=2\sqrt{a}-h(a)=2\sqrt{a}-\ln a-\frac2a+2라 두자. a>1\displaystyle a>1 이므로k(a)=a3/2a+2a2=a(a1)+2a2>0\displaystyle k^{\prime}(a)=\frac{a^{3/2}-a+2}{a^{2}}=\frac{a(\sqrt{a}-1)+2}{a^{2}}>0그런데k(1)=2>0\displaystyle k(1)=2>0이므로k(a)=2ah(a)>0\displaystyle k(a)=2\sqrt{a}-h(a)>0이다.따라서 h(a)<2a\displaystyle h(a)<2\sqrt{a}

+3점 · ln21ah(a)a<2a\displaystyle \frac{\ln2-1}{a}\le\frac{h(a)}{a}<\frac2{\sqrt{a}} 을 보인다. +3점 · limaln21a=lima2a=0\displaystyle \lim_{a\to\infty}\frac{\ln2-1}{a}=\lim_{a\to\infty}\frac2{\sqrt{a}}=0임을 보인다.

[수학2-ⅴ] [수학1-ⅱ]와 [수학1-ⅳ]의 결과로부터Correction. 참조한 문항 번호는 [수학2-ⅱ]와 [수학2-ⅳ]다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.ln21h(a)<2a\displaystyle \ln2-1\le h(a)<2\sqrt{a}임을 알 수 있다.양변을 a\displaystyle a로 나누면ln21ah(a)a<2a\displaystyle \frac{\ln2-1}{a}\le\frac{h(a)}a<\frac2{\sqrt{a}}그런데limaln21a=lima2a=0\displaystyle \lim_{a\to\infty}\frac{\ln2-1}{a}=\lim_{a\to\infty}\frac2{\sqrt{a}}=0이므로 <제시문 3>에 의해서 limah(a)a=0\displaystyle \lim_{a\to\infty}\frac{h(a)}a=0을 얻는다.

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