수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

오류 제보

문제

<라>이차함수 y=ax2+bx+c\displaystyle y=ax^2+bx+c의 그래프와 직선 y=mx+n\displaystyle y=mx+n의 교점의 x\displaystyle x좌표는 방정식 ax2+bx+c=mx+n\displaystyle ax^2+bx+c=mx+n, 즉ax2+(b−m)x+c−n=0\displaystyle ax^2+(b-m)x+c-n=0의 실근과 같다. 따라서 이차함수 y=ax2+bx+c\displaystyle y=ax^2+bx+c의 그래프와 직선 y=mx+n\displaystyle y=mx+n의 위치 관계는 위 이차방정식의 판별식D=(b−m)2−4a(c−n)\displaystyle D=(b-m)^2-4a(c-n)의 값의 부호에 따라 다음과 같다.1. D>0\displaystyle D>0이면 두 점에서 만난다.2. D=0\displaystyle D=0이면 한 점에서 만난다.(접한다.)3. D<0\displaystyle D<0이면 만나지 않는다.

제시문을 읽고 다음 문제에 답하시오.

3-1. 양수 k\displaystyle k에 대하여, 직선 y=x+4+k\displaystyle y=x+4+k가 함수f(x)={(x+2)2(x<0)(x−2)2+k(x≥0)\displaystyle f(x)=\begin{cases}(x+2)^2&(x<0)\\(x-2)^2+k&(x\ge0)\end{cases}의 그래프와 만나는 점의 개수를 구하고, 그 이유를 설명하시오.

3-2. 함수f(x)={(x+2)2(x<0)−(x−2)2+k(x≥0)\displaystyle f(x)=\begin{cases}(x+2)^2&(x<0)\\-(x-2)^2+k&(x\ge0)\end{cases}에 대하여 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프와 서로 다른 네 점에서 만나는 직선이 존재하도록 하는 실수 k\displaystyle k의 값의 범위를 구하시오.

해설강의 준비중
2단계 · <3-1>에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 왼쪽 부분과 직선이 한 점에서 만남을 보인다.

■ 3-1양수 k\displaystyle k에 대하여 직선y=x+4+k\displaystyle y=x+4+k와 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프가 다음과 같이 세 점에서 만난다. 곡선 y=(x+2)2\displaystyle y=(x+2)^2와 직선 y=x+4+k\displaystyle y=x+4+k의 교점의 x\displaystyle x좌표는 방정식(x+2)2=x+4+k\displaystyle (x+2)^2=x+4+k의 근이다. 이 방정식은 x2+3x−k=0\displaystyle x^2+3x-k=0이고, 판별식은 9+4k>0\displaystyle 9+4k>0이므로 서로 다른 두 실근을 가진다. 이때, 두 근의 곱이 −k<0\displaystyle -k<0이므로 이 직선은 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프의 x<0\displaystyle x<0인 부분과 한 점에서 만난다.

1단계 · <3-1>에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 오른쪽 부분과 직선이 두 점에서 만남을 보인다.

또한 곡선 y=(x−2)2+k\displaystyle y=(x-2)^2+k와 직선 y=x+4+k\displaystyle y=x+4+k의 교점의 x\displaystyle x좌표는 방정식(x−2)2+k=x+4+k\displaystyle (x-2)^2+k=x+4+k,즉 x2−5x=0\displaystyle x^2-5x=0의 근 x=0\displaystyle x=0, 5\displaystyle 5이다. 따라서 직선 y=x+4+k\displaystyle y=x+4+k는 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프의 x≥0\displaystyle x\ge0인 부분과 두 점에서 만난다. 따라서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프와 직선 y=x+4+k\displaystyle y=x+4+k는 서로 다른 세 점에서만 만난다.

3단계 · <3-2>에서 직선이 함수의 두 부분과 각각 두 점에서 만남을 설명한다.

■ 3-2함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프와 서로 다른 네 점에서 만나는 직선이 y=mx+n\displaystyle y=mx+n이라고 하면, 이 직선은 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 그래프의 왼쪽 부분(x<0\displaystyle x<0), 오른쪽 부분(x≥0\displaystyle x\ge0)과 각각 두 점에서 만나야 한다. 즉, 방정식 (x+2)2=mx+n\displaystyle (x+2)^2=mx+n이 서로 다른 두 음의 실근을 가져야 하며, 동시에 방정식 −(x−2)2+k=mx+n\displaystyle -(x-2)^2+k=mx+n은 서로 다른 두 음이 아닌 실근을 가져야 한다.

5단계 · <3-2>에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 왼쪽 부분과 직선이 두 점에서 만날 조건을 서술한다.

방정식 (x+2)2=mx+n\displaystyle (x+2)^2=mx+n은 x2−(m−4)x+4−n=0\displaystyle x^2-(m-4)x+4-n=0이고 서로 다른 두 음의 실근을 갖기 위해서는 판별식이 0\displaystyle 0보다 크고, 두 근의 합이 음수, 두 근의 곱이 양수이어야 한다. 따라서 조건(m−4)2−4(4−n)>0\displaystyle (m-4)^2-4(4-n)>0 ……①m−4<0\displaystyle m-4<0 ……②4−n>0\displaystyle 4-n>0 ……③을 만족시켜야 한다.

4단계 · <3-2>에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 오른쪽 부분과 직선이 두 점에서 만날 조건을 서술한다.

한편, 방정식 −(x−2)2+k=mx+n\displaystyle -(x-2)^2+k=mx+n은 x2+(m−4)x+n+4−k=0\displaystyle x^2+(m-4)x+n+4-k=0이고 서로 다른 두 음이 아닌 실근을 갖기 위해서는 판별식이 0\displaystyle 0보다 크고, 두 근의 합이 양수, 두 근의 곱이 0\displaystyle 0 이상이어야 한다. 따라서 조건(m−4)2−4(n+4−k)>0\displaystyle (m-4)^2-4(n+4-k)>0 ……④m−4<0\displaystyle m-4<0 ……⑤n+4−k≥0\displaystyle n+4-k\ge0 ……⑥을 만족시켜야 한다.

6단계 · <3-2>에서 조건들을 결합하여 k\displaystyle k의 값의 범위를 바르게 구한다.

그러므로k−4≤n<4\displaystyle k-4\le n<4 ……⑦ (③과 ⑥에서)−14(m−4)2+4<n<14(m−4)2+k−4\displaystyle -\frac14(m-4)^2+4<n<\frac14(m-4)^2+k-4 ……⑧ (①과 ④에서)m<4\displaystyle m<4 ……⑨ (②와 ⑤에서)를 만족시키는 m\displaystyle m과 n\displaystyle n이 존재하여야 한다. ⑦을 만족시키는 n\displaystyle n이 존재하려면 k<8\displaystyle k<8이어야 한다. 이때 ⑧을 만족시키는 n\displaystyle n이 존재하기 위해서는−14(m−4)2+4<14(m−4)2+k−4\displaystyle -\frac14(m-4)^2+4<\frac14(m-4)^2+k-4이기 때문에k>8−12(m−4)2\displaystyle k>8-\frac12(m-4)^2이다. 따라서 ⑨에 의해 m<4−2(8−k)\displaystyle m<4-\sqrt{2(8-k)}를 만족시키는 m\displaystyle m은 존재한다. 이 m\displaystyle m에 대해−14(m−4)2+4<4\displaystyle -\frac14(m-4)^2+4<4이고, k−4<14(m−4)2+k−4\displaystyle k-4<\frac14(m-4)^2+k-4이므로 ⑦과 ⑧을 만족시키는 n\displaystyle n이 존재한다. 따라서 답은 k<8\displaystyle k<8이다.

등급기준
1등급위의 6가지 기준을 모두 충족시키고 논리 전개가 완벽한 경우
2등급위의 6가지 기준을 모두 충족하나 논리 전개나 표현력이 다소 떨어지는 경우
3등급위의 6가지 기준 중 5가지 요건을 만족하는 경우
4등급위의 6가지 기준 중 ②과 ⑥ 요건을 충족시키고 나머지 요건 중 2가지를 만족시키는 경우
5등급위의 6가지 기준 중 4가지 요건을 만족하는 경우(4등급 기준 제외)
6등급위의 6가지 기준 중 3가지 요건을 만족하는 경우
7등급위의 6가지 기준 중 2가지 요건을 만족하는 경우
8등급위의 6가지 기준 중 1가지 요건을 만족하는 경우
9등급위의 6가지 기준을 전혀 충족시키지 못한 경우

각 세부 문제별로 다음과 같은 기준을 만족시켜야 한다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.