수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

수리형 2교시 1번

문제

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[문제 1-ⅰ]

+6점 · 닫힌 구간 위에서 양수와 음수 값을 동시에 가지는 함수의 넓이를 구할 수 있다.

g(32)=321(3x23)dx+112(33x2)dx=[x33x]321+[3xx3]112=32\displaystyle \begin{aligned} g\left(-\frac{3}{2}\right) &=\int_{-\frac{3}{2}}^{-1}(3x^{2}-3)dx+\int_{-1}^{-\frac{1}{2}}(3-3x^{2})dx \\ &=\Biggl[x^{3}-3x\Biggr]_{-\frac{3}{2}}^{-1}+\Biggl[3x-x^{3}\Biggr]_{-1}^{-\frac{1}{2}} \\ &=\frac{3}{2} \end{aligned}

[문제 1-ⅱ]

+12점 · 변수로 주어진 닫힌 구간 위에서 양수와 음수 값을 동시에 가지는 함수의 넓이를 함수로 나타낼 수 있다.

다음과 같이 세 가지 경우를 생각한다.

(1) 3t<2\displaystyle -3\le t<-2 경우이때 tt+1<1\displaystyle t\le t+1<-1이므로 txt+1\displaystyle t\le x\le t+1일 때 3x23=3x23\displaystyle |3x^{2}-3|=3x^{2}-3이다.따라서g(t)=tt+1(3x23)dx=[x33x]tt+1=3t2+3t2\displaystyle g(t)=\int_{t}^{t+1}(3x^{2}-3)dx=\Biggl[x^{3}-3x\Biggr]_{t}^{t+1}=3t^{2}+3t-2

(2) 2t<1\displaystyle -2\le t<-1 경우이때 t<1t+1\displaystyle t<-1\le t+1이므로tx<1\displaystyle t\le x<-1에서 3x23=3x23\displaystyle |3x^{2}-3|=3x^{2}-3이고, 1x<t+1\displaystyle -1\le x<t+1에서 3x23=33x2\displaystyle |3x^{2}-3|=3-3x^{2}이다.따라서g(t)=t1(3x23)dx+1t+1(33x2)dx=[x33x]t1+[3xx3]1t+1=(t3+3t+2)+(t33t2+4)=2t33t2+3t+6\displaystyle \begin{aligned} g(t) &=\int_{t}^{-1}(3x^{2}-3)dx+\int_{-1}^{t+1}(3-3x^{2})dx \\ &=\Biggl[x^{3}-3x\Biggr]_{t}^{-1}+\Biggl[3x-x^{3}\Biggr]_{-1}^{t+1} \\ &=(-t^{3}+3t+2)+(-t^{3}-3t^{2}+4) \\ &=-2t^{3}-3t^{2}+3t+6 \end{aligned}

(3) 1t0\displaystyle -1\le t\le0 경우1t<t+11\displaystyle -1\le t<t+1\le1이므로 txt+1\displaystyle t\le x\le t+1일 때 3x23=33x2\displaystyle |3x^{2}-3|=3-3x^{2}이다.따라서g(t)=tt+1(33x2)dx=[3xx3]tt+1=3t23t+2\displaystyle g(t)=\int_{t}^{t+1}(3-3x^{2})dx=\Biggl[3x-x^{3}\Biggr]_{t}^{t+1}=-3t^{2}-3t+2

위의 세 가지 경우를 종합하면g(t)={3t2+3t2(3t<2)2t33t2+3t+6(2t<1)3t23t+2(1t0)\displaystyle g(t)=\begin{cases}3t^{2}+3t-2 & (-3\le t<-2) \\ -2t^{3}-3t^{2}+3t+6 & (-2\le t<-1) \\ -3t^{2}-3t+2 & (-1\le t\le0)\end{cases}

[문제 1-ⅲ]

+12점 · 문제는 이렇게 구해진 함수의 극값과 그래프의 개형을 조사해서 최솟값을 구할 수 있다.

(1) 3t<2\displaystyle -3\le t<-2 경우g(t)=6t+3<0\displaystyle g^{\prime}(t)=6t+3<0(2) 2t<1\displaystyle -2\le t<-1 경우g(t)=6t26t+3=6(t+1+32)(t+132)\displaystyle g^{\prime}(t)=-6t^{2}-6t+3=-6\left(t+\frac{1+\sqrt{3}}{2}\right)\left(t+\frac{1-\sqrt{3}}{2}\right)따라서 2t<1+32\displaystyle -2\le t<-\frac{1+\sqrt{3}}{2}에서 g(t)<0\displaystyle g^{\prime}(t)<0, 1+32<t<1\displaystyle -\frac{1+\sqrt{3}}{2}<t<-1에서 g(t)>0\displaystyle g^{\prime}(t)>0(3) 1t0\displaystyle -1\le t\le0 경우g(t)=6t3\displaystyle g^{\prime}(t)=-6t-3따라서 1<t<12\displaystyle -1<t<-\frac{1}{2}에서 g(t)>0\displaystyle g^{\prime}(t)>0, 12<t<1\displaystyle -\frac{1}{2}<t<-1에서 g(t)<0\displaystyle g^{\prime}(t)<0Correction. g(t)<0\displaystyle g^{\prime}(t)<0인 구간은 1/2<t<1\displaystyle -1/2<t<-1이 아니라 1/2<t<0\displaystyle -1/2<t<0이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

이를 종합하여 닫힌구간 [3,0]\displaystyle [-3,0]에서 함수 g(t)\displaystyle g(t)의 증감과 감소를 나타내는 표를 만들면x321+321120g(t)++g(t)164432321142\displaystyle \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline x & -3 & & -2 & & -\frac{1+\sqrt{3}}{2} & & -1 & & -\frac{1}{2} & & 0 \\ \hline g^{\prime}(t) & & - & & - & & + & & + & & - & \\ \hline g(t) & 16 & \searrow & 4 & \searrow & 4-\frac{3}{2}\sqrt{3} & \nearrow & 2 & \nearrow & \frac{11}{4} & \searrow & 2 \\ \hline \end{array}따라서 함수 g\displaystyle gt=1+32\displaystyle t=-\frac{1+\sqrt{3}}{2}에서 최솟값을 가지고 그 최솟값은 g(1+32)=4323\displaystyle g\left(-\frac{1+\sqrt{3}}{2}\right)=4-\frac{3}{2}\sqrt{3}이다.

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