수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

양의 실수 a,b\displaystyle a,b에 대하여 곡선 y=−ax3+bx\displaystyle y=-ax^3+bx를 생각하자. 곡선이 x\displaystyle x축 양의 부분과 만나는 점을 A\displaystyle \mathrm{A}라 하고, 곡선 위의 원점 O\displaystyle \mathrm{O}에서 그은 접선을 l\displaystyle l이라 할 때 점 A\displaystyle \mathrm{A}를 지나면서 x\displaystyle x축에 수직인 직선과 접선 l\displaystyle l의 교점을 B\displaystyle \mathrm{B}라 한다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 접선 l\displaystyle l의 방정식을 구하시오.

(2) 점 A\displaystyle \mathrm{A}와 B\displaystyle \mathrm{B}의 좌표를 구하고, 삼각형 OAB\displaystyle \mathrm{OAB}의 넓이 S1\displaystyle S_1을 구하시오.

(3) 곡선 y=−ax3+bx\displaystyle y=-ax^3+bx와 선분 OA\displaystyle \mathrm{OA}에 의해 둘러싸인 부분의 넓이 S2\displaystyle S_2를 구하고, S1S2\displaystyle \frac{S_1}{S_2}을 구하시오.

해설강의 준비중
준거 · 곡선의 접선의 개념을 이해하고 접선의 방정식을 기술할 것. • 곡선에 접하는 직선의 기울기를 구할 줄 안다. • 직선의 방정식을 쓸 줄 안다.

(1) 함수 f(x)=−ax3+bx\displaystyle f(x)=-ax^3+bx의 도함수는 f′(x)=−3ax2+b\displaystyle f^{\prime}(x)=-3ax^2+b이므로 원점 (0,0)\displaystyle (0,0)에서 곡선의 접선의 기울기는 f′(0)=b\displaystyle f^{\prime}(0)=b이므로 접선 l\displaystyle l의 식은 y−0=b(x−0)\displaystyle y-0=b(x-0), 즉y=bx\displaystyle y=bx이다.

준거 · 함수의 절편의 개념을 이해하고 특정한 점을 구하여 삼각형의 넓이를 기술할 것. • 삼차 방정식을 인수분해하여 근을 구할 줄 안다. • 직선 위의 특정한 점의 좌표를 구할 줄 안다. • 직각 삼각형의 넓이를 구할 줄 안다.

(2) 식 −ax3+bx=0\displaystyle -ax^3+bx=0를 인수분해하여 x(ax+b)(−ax+b)=0\displaystyle x(\sqrt ax+\sqrt b)(-\sqrt ax+\sqrt b)=0의 양수 근을 구하면A(ba,0)\displaystyle \mathrm{A}\left(\sqrt{\frac ba},0\right)이다. 직선의 식 y=bx\displaystyle y=bx에 x=ba\displaystyle x=\sqrt{\frac ba} 대입하면B(ba,bba)\displaystyle \mathrm{B}\left(\sqrt{\frac ba},\frac{b\sqrt b}{\sqrt a}\right)이고, 직각 삼각형 OAB\displaystyle \mathrm{OAB}의 넓이 S1\displaystyle S_1는S1=12×ba×bba=b22a\displaystyle S_1=\frac12\times\sqrt{\frac ba}\times\frac{b\sqrt b}{\sqrt a}=\frac{b^2}{2a}이다.

준거 · 함수의 정적분 개념을 이해하고 다항식 함수의 정적분 값을 기술할 것. • 함수의 정적분 구간을 명시하여 정적분 식을 쓸 줄 안다. • 다항식 함수의 정적분 값을 구할 줄 안다. • 두 영역의 넓이를 비교할 줄 안다.

(3) 곡선 y=−ax3+bx\displaystyle y=-ax^3+bx와 선분 OA\displaystyle \mathrm{OA}에 의해 둘러싸인 부분의 넓이 S2\displaystyle S_2는S2=∫0ba(−ax3+bx)dx=[−a4x4+b2x2]0ba=−b24a+b22a=b24a\displaystyle S_2=\int_0^{\sqrt{\frac ba}}(-ax^3+bx)dx=\Biggl[-\frac a4x^4+\frac b2x^2\Biggr]_0^{\sqrt{\frac ba}}=-\frac{b^2}{4a}+\frac{b^2}{2a}=\frac{b^2}{4a}이다. 따라서S1S2=2\displaystyle \frac{S_1}{S_2}=2이다.

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