2-1 · 미분계수의 뜻과 기하학적 의미를 알고, 그 값을 구할 수 있는지, 함수에 대한 평균값 정리를 이해하는지, 절대부등식의 의미를 이해하고, 간단한 절대부등식을 증명할 수 있는지를 평가한다.【2-1】함수 f(x)는 구간 (0,1), (1,∞) 각각에서 미분가능하고, 0<x<1이면 f′(x)=2x이고 x>1이면 f′(x)=2이다. 또한,x→1−limx−1f(x)−f(1)=x→1−limx−1x2−1=2이고 x→1+limx−1f(x)−f(1)=x→1+limx−1(2x−1)−1=2이므로 함수 f(x)가 x=1에서 미분가능하다. 함수 f(x)의 도함수를 정리하면,f′(x)={2x2(0<x<1)(x≥1)이다. 이제 부등식을 증명한다. a≥1라고 가정하면 f(a)=2a−1, f′(a)=2이다. 따라서 0<x<1이면f(x)−f(a)−f′(a)(x−a)=x2−(2a−1)−2(x−a)=(x−1)2≥0이고 x≥1이면f(x)−f(a)−f′(a)(x−a)=(2x−1)−(2a−1)−2(x−a)=0이다. 0<a<1일 때는 f(a)=a2, f′(a)=2a이다. 따라서 0<x<1이면f(x)−f(a)−f′(a)(x−a)=x2−a2−2a(x−a)=(x−a)2≥0이고 x≥1이면f(x)−f(a)−f′(a)(x−a)=(2x−1)−a2−2a(x−a)≥(a−1)2≥0이다.
2-2 · 접선의 방정식을 구할 수 있는지, 함수의 증가, 감소, 극대와 극소를 판정하고 설명할 수 있는지를 평가한다.【2-2】양의 실수 a에 대하여, 점 A(a,f(a))에서의 접선의 방정식은 y=f′(a)(x−a)+f(a)이므로 이 직선에 수직이며 점 A를 지나는 직선의 방정식은y=−f′(a)1(x−a)+f(a)이다. 이 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표는−f′(a)1(x−a)+f(a)=0에서 x=a+f(a)f′(a)이다. 따라서 구하는 함수 g(x)는 아래와 같다.g(x)=x+f(x)f′(x)={2x3+x5x−2(0<x<1)(x≥1)이 함수 g(x)는 구간 (0,1), (1,∞) 각각에서 연속이고 x→1−limg(x)=x→1+limg(x)=3=g(1)이므로 전체 구간 (0,∞)에서 연속이다. 또한, 함수 g(x)는 구간 [1,∞)에서는 기울기가 양인 일차함수이므로 당연히 증가하고, 0<x<1일 때 g′(x)=6x2+1>0이므로 (0,1)에서 증가한다. 따라서 함수 g(x)가 전체 구간 (0,∞)에서 증가한다.
2-3 · 두 직선의 수직 조건을 이해하고, 주어진 직선에 수직인 직선의 방정식을 구할 수 있는지, 점과 직선 사이의 거리를 구할 수 있는지, 두 평면벡터의 내적의 뜻을 알고, 이를 구할 수 있는지를 평가한다.【2-3】α≥3일 때, g(x)=α를 만족시키는 양의 실수 x를 β라고 하자. 함수 g(x)가 구간 (0,∞)에서 증가하고 g(1)=3≤α이므로 β≥1이다. 이때 g(β)=5β−2=α이므로 β=5α+2이다.또한, β≥1이므로 f(β)=2β−1=52α−1이다. 좌표가 (β,f(β))인 점을 B라고 나타내면, 점 B는 점 A에서 직선 y=2x−1에 내린 수선의 발이다. 한편, 0<x<1인 모든 실수 x에 대하여 f(x)=x2>2x−1이다. 따라서 곡선 y=f(x) 위의 임의의 점 C(x,f(x))에 대하여 x=β이면 AB<AC가 성립한다. 그러므로 구하는 점 B의 좌표는(β,f(β))=(5α+2,52α−1)이다.
2-4 · 함수의 증가, 감소, 극대와 극소를 판정하고 설명할 수 있는지, 두 직선의 수직 조건을 이해하고, 주어진 직선에 수직인 직선의 방정식을 구할 수 있는지, 점과 직선 사이의 거리를 구할 수 있는지, 두 평면벡터의 내적의 뜻을 알고, 이를 구할 수 있는지를 평가한다.【2-4】0<α<3일 때, 점 A(α,0)에서 곡선 y=f(x) 위의 점 B까지의 거리 AB가 최소가 되는 점 B는 포물선 y=x2의 0<x<1부분에 존재한다. 포물선 y=x2 위의 임의의 점 B(x,x2)에 대하여 거리 AB의 제곱을 F(x)라고 하면F(x)=(x−α)2+(x2)2=x4+x2−2αx+α2이다. 이제, AB가 최소가 되는 점 B의 x좌표를 β라고 하면 함수 F(x)가 x=β에서 최솟값을 가지므로F′(β)=4β3+2β−2α=0,즉2β3+β=α⋯①가 성립한다. 이 등식이 (α,β)=(3,1)일 때도 성립하므로2(1−β3)+(1−β)=3−α이고, 이를 인수분해하면(1−β)(3+2β+2β2)=3−α이다. 여기서,0<α<3이고3+2β+2β2=2(β+21)2+25≥25이므로0<25(1−β)≤3−α,즉0<1−β≤52(3−α)이다.
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