수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 (오전) 1번

문제

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문제 1-1두 조건 p,q\displaystyle p,q의 진리집합을 각각 P,Q\displaystyle P,Q라 하면 q\displaystyle \sim qp\displaystyle p이기 위한 충분조건이므로 진리집합의 포함 관계는 QCP\displaystyle Q^C\subset P이다.조건 p\displaystyle p에서 x15, 4x6\displaystyle |x-1|\le5,\ -4\le x\le6이므로 P={x4x6}\displaystyle P=\{x\mid-4\le x\le6\}이다.조건 q\displaystyle q에서 (x+2)(xa)>0\displaystyle (x+2)(x-a)>0이므로 QC={x(x+2)(xa)0}\displaystyle Q^C=\{x\mid(x+2)(x-a)\le0\}(x+2)(xa)0\displaystyle (x+2)(x-a)\le0에서(ⅰ) a<2\displaystyle a<-2일 때ax2\displaystyle a\le x\le-2이므로4a<2\displaystyle -4\le a<-2

진리집합 또는 함수 그래프

(ⅱ) a2\displaystyle a\ge-2일 때2xa\displaystyle -2\le x\le a이므로2a6\displaystyle -2\le a\le6

진리집합 또는 함수 그래프

따라서 (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 4a6\displaystyle -4\le a\le6이므로 정수 a\displaystyle a4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6\displaystyle -4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6이고 모든 정수 a\displaystyle a의 합은 11\displaystyle 11이다.

문제 1-2(1) 조건 (가)에서 f(4)=4a=3\displaystyle f(4)=4-a=3이므로 a=1\displaystyle a=1 ⋯⋯㉠x3\displaystyle x\ge3에서 f(x)=xa=x1\displaystyle f(x)=x-a=x-1이다.x<3\displaystyle x<3에서f(x)=bx+2a3b+2x1=bx3b+4x1=b+2b+4x1\displaystyle f(x)=\frac{bx+2a-3b+2}{x-1}=\frac{bx-3b+4}{x-1}=b+\frac{-2b+4}{x-1}의 점근선의 방정식은 x=1,y=b\displaystyle x=1,y=b이다. 조건 (나)에서 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 치역이 y<1\displaystyle y<-1이므로 b=1\displaystyle b=-1 ⋯⋯㉡㉠,㉡에 의하여f(x)={1+6x1(x<3)x1(x3)\displaystyle f(x)=\begin{cases}-1+\frac6{x-1}&(x<3)\\x-1&(x\ge3)\end{cases}f(2)=1+621=3,f(5)=51=4\displaystyle f(-2)=-1+\frac6{-2-1}=-3,f(5)=5-1=4이므로 f(2)+f(5)=1\displaystyle f(-2)+f(5)=1이다.

(2) y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 그래프는 그림과 같다.

진리집합 또는 함수 그래프

(ⅰ) k>2\displaystyle k>2에서 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=k\displaystyle y=k가 두 점에서 만나므로limk2+g(k)=2\displaystyle \lim_{k\to2+}g(k)=2 ⋯⋯㉢(ⅱ) k<1\displaystyle k<-1에서 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=k\displaystyle y=k가 한 점에서 만나므로limkbg(k)=limk1g(k)=1\displaystyle \lim_{k\to b-}g(k)=\lim_{k\to-1-}g(k)=1 ⋯⋯㉣㉢,㉣에 의하여limk2+g(k)+limkbg(k)=limk2+g(k)+limk1g(k)=2+1=3\displaystyle \lim_{k\to2+}g(k)+\lim_{k\to b-}g(k)=\lim_{k\to2+}g(k)+\lim_{k\to-1-}g(k)=2+1=3

문제 1-3함수 f(x)\displaystyle f^{\prime}(x)는 이차함수이므로 f(x)=ax2+bx+c\displaystyle f^{\prime}(x)=ax^2+bx+c(a>0,a,b,c\displaystyle a>0,a,b,c는 상수)라 하자.조건 (가)에서 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(x)\displaystyle f^{\prime}(x)f(x)=f(2x)\displaystyle f^{\prime}(x)=f^{\prime}(2-x)이므로ax2+bx+c=a(2x)2+b(2x)+c\displaystyle ax^2+bx+c=a(2-x)^2+b(2-x)+c즉, (4a+2b)x(4a+2b)=0\displaystyle (4a+2b)x-(4a+2b)=0에서 b=2a\displaystyle b=-2a이고 f(x)=ax22ax+c\displaystyle f^{\prime}(x)=ax^2-2ax+c조건 (나)에서 f(0)=0\displaystyle f^{\prime}(0)=0이므로 c=0\displaystyle c=0이다. 따라서 f(x)=a(x22x)\displaystyle f^{\prime}(x)=a(x^2-2x)조건 (다)에서 함수 y=f(x)\displaystyle y=f^{\prime}(x)의 그래프와 x\displaystyle x축으로 둘러싸인 도형의 넓이가 4\displaystyle 4이므로

진리집합 또는 함수 그래프

4=02a(x22x)dx=a[13x3x2]02=a(834)=43a, a=3\displaystyle 4=-\int_0^2a(x^2-2x)\,dx=-a\Biggl[\frac13x^3-x^2\Biggr]_0^2=-a\left(\frac83-4\right)=\frac43a,\ a=3f(x)=3(x22x)=3x26x\displaystyle f^{\prime}(x)=3(x^2-2x)=3x^2-6x이므로f(x)=f(x)dx=(3x26x)dx=x33x2+C\displaystyle f(x)=\int f^{\prime}(x)\,dx=\int(3x^2-6x)\,dx=x^3-3x^2+C (단, C\displaystyle C는 적분 상수)이고 조건 (나)에 의해 f(0)=2\displaystyle f(0)=2이므로 C=2\displaystyle C=2이다. 따라서 f(x)=x33x2+2\displaystyle f(x)=x^3-3x^2+2k=15f(k)=k=15(k33k2+2)=k=15k33k=15k2+k=152=(5×62)23×(5×6×116)+2×5=225165+10=70\displaystyle \begin{aligned}\sum_{k=1}^5f(k)&=\sum_{k=1}^5(k^3-3k^2+2)\\&=\sum_{k=1}^5k^3-3\sum_{k=1}^5k^2+\sum_{k=1}^52\\&=\left(\frac{5\times6}2\right)^2-3\times\left(\frac{5\times6\times11}6\right)+2\times5\\&=225-165+10=70\end{aligned}

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