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한국공학대 2018학년도 수시 자연계열 (오후) 1번 · mathesis.kr/archive/tukorea/2018su/jayeon_pm_1
1다항함수 ax3−f(x)가 삼차 이상인 다항함수이면 조건 (가)의 극한은 발산한다.ax3−f(x)가 일차함수 또는 상수함수이면 조건 (가)의 극한은 0으로 수렴한다. 그러나 b=0이므로 이 경우 조건 (가)를 만족하지 않는다.따라서 ax3−f(x)=mx2+nx+d 또는 f(x)=ax3+mx2+nx+d인 삼차함수가 된다.(여기서 m,n,d는 임의 상수)이 경우, 조건 (가)에 의해x→∞limx2ax3−f(x)=x→∞limx2−mx2−nx−d=x→∞lim(−m−xn−x2d)=−m=3b이므로 f(x)=ax3−3bx2+nx+d이다.d=0이면 조건 (나)의 극한은x→0limxf(x)=x→0limxax3−3bx2+nx+d=x→0lim(ax2−3bx+n+xd)이 되어 발산하므로 d=0이어야 한다. 따라서 f(x)=ax3−3bx2+nx이다. 이제 조건 (나)에 의해x→0limxf(x)=x→0limxax3−3bx2+nx=x→0lim(ax2−3bx+n)=n=6−3a이므로 n=6−3a이다.따라서 f(x)=ax3−3bx2+(6−3a)x이다.
2먼저 f(x)=ax3−3bx2+(6−3a)x이고 f′(x)=3ax2−6bx+6−3a이다.삼차함수 f(x)가 극값을 갖지 않을 때 이 삼차곡선은 항상 증가하거나 항상 감소한다. 함수의 증가 감소와 도함수의 부호의 관계로부터 모든 실수 x에 대하여 f′(x)≥0이거나, 모든 실수 x에 대하여 f′(x)≤0이어야 한다. 모든 실수 x에 대하여 f′(x)≥0 또는 모든 실수 x에 대하여 f′(x)≤0임은 f′(x)=3ax2−6bx+6−3a=0가 중근 또는 허근을 갖는다는 점과 서로 동치이므로, f(x)가 극값을 갖지 않으려면 이차방정식 3ax2−6bx+6−3a=0의 판별식은 D≤0이어야 한다.D=(−6b)2−4(3a)(6−3a)≤0즉, b2+a2−2a≤0이어야 한다. 따라서 함수 f(x)가 극값을 가지지 않을 실수 a,b 사이의 관계식은 b2+a2−2a≤0이다. (단 전제조건인 a, b는 0이 아닌 실수라는 것은 답안 작성에서 생략가능하다)
32번에서 구한 a,b에 대한 관계식 b2+a2−2a≤0는 (a−1)2+b2≤1와 같으므로, 이 관계식은 ab-좌표계에서 중심이 (1,0)이고 반지름이 1인 원의 경계와 내부로 이루어진 영역이다.m=a+2b+2라고 하면 b=m(a+2)−2로 ab-좌표계에서 점 (−2,−2)를 지나고 기울기가 m인 직선이다. 아래 그림과 같이 직선 m=a+2b+2이 원 (a−1)2+b2=1과 접하는 경우에 영역과 만나는 이 직선의 기울기 m이 최대 또는 최소가 된다.
직선이 원과 접할 때, 원의 중심에서 이 직선까지의 거리는 원의 반지름의 길이와 같아진다.점 (1,0)과 직선 ma−b+2m−2=0 사이의 거리는 (점과 직선 사이의 거리 공식)m2+1∣m+2m−2∣=1⇔(3m−2)2=m2+1⇔8m2−12m+3=0이다.
m에 대한 이차방정식 8m2−12m+3=0의 두 실근의 합이 구하려는 최댓값과 최솟값의 합이 된다. 이차방정식의 근과 계수의 관계로부터 구하려는 최댓값과 최솟값의 합은 812=23이다.
4m=a+nb+n이라 하면 b=m(a+n)−n으로 ab좌표계에서 점 (−n,−n)을 지나고 기울기가 m인 직선이다. 이 직선이 원 (a−1)2+b2=1에 접할 때 기울기 m이 최대 또는 최소가 된다.직선이 원과 접할 때, 원의 중심에서 이 직선까지의 거리는 원의 반지름의 길이와 같아진다. 점 (1,0)과 직선 ma−b+nm−n=0사이의 거리는 (점과 직선 사이의 거리 공식)d=m2+1∣m+nm−n∣=1⇔(m+nm−n)2=m2+1⇔(n2−2n)m2−2(n2+n)m+n2−1=0Correction. 이차방정식의 계수와 An 및 극한식의 분모에 적힌 n2−2n은 n2+2n의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.이다. m에 대한 이차방정식 (n2−2n)m2−2(n2+n)m+n2−1=0의 두 실근의 합이 a+nb+n의 최댓값과 최솟값의 합이 된다. 이차방정식의 근과 계수의 관계로부터 a+nb+n의 최댓값과 최솟값의 합은 An=n2−2n2(n2+n)이다. 이 때, 극한은n→∞limAn=n→∞limn2−2n2(n2+n)=2이다.