수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

다항함수 f(x)\displaystyle f(x)의 최고차항의 계수는 1이고 이차항의 계수는 0이며, f(0)=0\displaystyle f(0)=0이다. f(x)\displaystyle f(x)의 한 부정적분을 F(x)\displaystyle F(x)라고 할 때, 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f′(x)2−8f′(x)=kF(x)\displaystyle {f^{\prime}(x)}^2-8f^{\prime}(x)=kF(x)가 성립하는 0이 아닌 실수 k\displaystyle k가 존재한다. 다음 물음에 답하시오. [총 30점]

(1) f(x)\displaystyle f(x)의 차수를 구하시오. [5점]

(2) f(x)\displaystyle f(x)를 x\displaystyle x에 대한 식으로 나타내시오. [15점]

(3) y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 그래프와 x\displaystyle x축으로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하시오. [10점]

해설강의 준비중
+5점 · (1) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~6등급으로 채점한다.

(1) f(x)\displaystyle f(x)의 차수를 n\displaystyle n이라 하면 f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)의 차수는 n−1\displaystyle n-1이므로 f′(x)2−8f′(x)\displaystyle {f^{\prime}(x)}^2-8f^{\prime}(x)의 차수는 2(n−1)\displaystyle 2(n-1)이다. 그런데 F(x)\displaystyle F(x)의 차수는 n+1\displaystyle n+1이므로 f′(x)2−8f′(x)=kF(x)\displaystyle {f^{\prime}(x)}^2-8f^{\prime}(x)=kF(x)가 성립하는 0이 아닌 실수 k\displaystyle k가 존재하려면 2(n−1)=n+1\displaystyle 2(n-1)=n+1에서 n=3\displaystyle n=3이다. 즉 f(x)\displaystyle f(x)의 차수는 3이다.

+15점 · (2) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~6등급으로 채점한다.

(2) f(x)\displaystyle f(x)의 최고차항의 계수는 1이고 이차항의 계수는 0이며 f(0)=0\displaystyle f(0)=0이므로 f(x)=x3+ax\displaystyle f(x)=x^3+ax로 두자.이때 f′(x)=3x2+a\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2+a이므로kF(x)=f′(x)2−8f′(x)=(3x2+a)2−8(3x2+a)=9x4+6(a−4)x2+a2−8a\displaystyle kF(x)={f^{\prime}(x)}^2-8f^{\prime}(x)=(3x^2+a)^2-8(3x^2+a)=9x^4+6(a-4)x^2+a^2-8a이다.따라서 kf(x)=(kF(x))′=36x3+12(a−4)x\displaystyle kf(x)=(kF(x))^{\prime}=36x^3+12(a-4)x이므로 k=36\displaystyle k=36이고, 36a=12(a−4)\displaystyle 36a=12(a-4)에서 a=−2\displaystyle a=-2이다. 그러므로 f(x)=x3−2x\displaystyle f(x)=x^3-2x이다.

+10점 · (3) 아래에 제시된 단계에 따라 1등급~6등급으로 채점한다.

(3) f(x)=x3−2x=x(x−2)(x+2)\displaystyle f(x)=x^3-2x=x(x-\sqrt2)(x+\sqrt2)이므로 그래프는 x\displaystyle x축과 세 점 (−2,0)\displaystyle (-\sqrt2,0), (0,0)\displaystyle (0,0), (2,0)\displaystyle (\sqrt2,0)에서 만난다. −2≤x≤0\displaystyle -\sqrt2\le x\le0일 때 f(x)≥0\displaystyle f(x)\ge0이고 0≤x≤2\displaystyle 0\le x\le\sqrt2일 때 f(x)≤0\displaystyle f(x)\le0이므로 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 그래프와 x\displaystyle x축으로 둘러싸인 도형의 넓이는 ∫−22∣x3−2x∣dx=2∫02(2x−x3)dx=2[x2−14x4]02=2\displaystyle \int_{-\sqrt2}^{\sqrt2}|x^3-2x|dx=2\int_0^{\sqrt2}(2x-x^3)dx=2\Biggl[x^2-\frac14x^4\Biggr]_0^{\sqrt2}=2이다.

* 각 문제에 대하여 아래에 제시된 답안과 같이 단계에 따라 1등급~6등급으로 채점한다.이후 등급을 해당 문제의 점수로 환산하여 총점을 계산한다.

* 도출 과정이 옳으나 계산 결과가 정확히 일치하지 않으면 1등급을 감점한다.

* 답안을 서술하면서 식만 나열하고, 논리적인 설명이 없으면 1등급을 감점한다.

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