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한국공학대 2019학년도 수시 자연계열 (오후) 3번 · mathesis.kr/archive/tukorea/2019su/jayeon_pm_3
문제 3-1y=f(x) 위의 점 (2,f(2))에서 접선의 방정식은 y−f(2)=f′(2)(x−2)이다.조건 (가)에서 x1=t로 놓으면 x→0+일 때, t→∞이므로x→0+lim{x2f(x1)−4}=t→∞lim{t2f(t)−4}=0에서 t→∞limt2f(t)=4이다. x→∞limx2f(x)=4이므로 f(x)는 이차항의 계수가 4인 이차함수이다. ⋯⋯㉠조건 (나)에서 (제시문1)을 이용하면 x→1lim(x−1)=0이므로 x→1limf(x)=f(1)=0 ⋯⋯㉡㉠, ㉡에 의하여 f(x)=4(x−1)(x−k) (k는 상수)라 하면x→1limx−1f(x)=x→1limx−14(x−1)(x−k)=x→1lim4(x−k)=4(1−k)=12에서 k=−2이다. 따라서 f(x)=4(x−1)(x+2)=4(x2+x−2)이고 f′(x)=8x+4이다.f(2)=16,f′(2)=20이므로 곡선 y=f(x) 위의 점 (2,16)에서의 접선의 방정식은y=20(x−2)+16,y=20x−24
문제 3-2최고차항의 계수가 1인 삼차함수를 g(x)=x3+ax2+bx+c (단, a,b,c는 상수)라 하면 g(0)=0에서 c=0이므로 g(x)=x3+ax2+bx이고 g′(x)=3x2+2ax+b이다. 조건 (나)에서−1−1g(−1)−g(1)=g′(−1)−2−1+a−b−(1+a+b)=3−2a+b,1+b=3−2a+b이므로 a=1.조건 (다)에서 곡선 y=g(x)와 직선 y=k가 두 점에서 만나는 k의 최댓값이 g(3−1−7)이므로 그림과 같이 직선 y=k는 함수 y=g(x)의 극대가 되는 점을 지나야 한다.
실수 k의 최댓값이 g(3−1−7)이므로 방정식 g(x)=g(3−1−7)의 서로 다른 두 실근을 α,β(α<β)라 하면 g(α)=g(β)=g(3−1−7)이다.
따라서 3−1−7은 α 또는 β이다. 한편 g(x)는 최고차항의 계수가 양수이므로 y=g(x)는 x=α에서 극댓값을 갖는다. 이때g′(x)=3x2+2x+b=3(x+31)2+b−31이므로 α<−31<β이다. 즉α=3−1−7,g′(3−1−7)=0g′(3−1−7)=3×(−37)2+b−31=0에서 b=−2. 따라서 g(x)=x3+x2−2x
문제 3-3(1) 함수 h(x)는h(x)=2f(x)+g(x)−∣f(x)−g(x)∣={g(x)f(x)(f(x)≥g(x))(f(x)<g(x))(문제 3-1)과 (문제 3-2)에서f(x)=4(x2+x−2)=4(x−1)(x+2),g(x)=x3+x2−2x=x(x−1)(x+2)이므로f(x)−g(x)=4(x−1)(x+2)−x(x−1)(x+2)=−(x−1)(x+2)(x−4)방정식 f(x)−g(x)=0의 근은 x=−2 또는 x=1 또는 x=4이다. 따라서h(x)=⎩⎨⎧x3+x2−2x4(x2+x−2)x3+x2−2x4(x2+x−2)(x<−2)(−2≤x<1)(1≤x<4)(x≥4)
(2) (제시문 2)에 의하여 n→∞limk=1∑nn3h(2+n3k)=∫25h(x)dx이다.h(x)=⎩⎨⎧x3+x2−2x4(x2+x−2)x3+x2−2x4(x2+x−2)(x<−2)(−2≤x<1)(1≤x<4)(x≥4)이므로n→∞limk=1∑nn3h(2+n3k)=∫25h(x)dx=∫24g(x)dx+∫45f(x)dx=∫24(x3+x2−2x)dx+∫454(x2+x−2)dx=[41x4+31x3−x2]24+4[31x3+21x2−2x]45=48+356+4(361+25)=158
(3) 함수 h(x)에 대하여 h′(x)는h(x)=⎩⎨⎧x3+x2−2x4(x2+x−2)x3+x2−2x4(x2+x−2)(x<−2)(−2≤x<1)(1≤x<4)(x≥4),h′(x)=⎩⎨⎧3x2+2x−28x+43x2+2x−28x+4(x<−2)(−2<x<1)(1<x<4)(x>4)이므로 함수 h(x)가 x=p에서의 미분가능에 대하여 살펴보면 다음과 같다.(Ⅰ) 함수 h(x)가 x=p에서 미분가능 할 때에는x→p+limx−ph(x)−h(p)=x→p−limx−ph(x)−h(p)=x→plimx−ph(x)−h(p)=h′(p)이고 주어진 조건에 의해서 4h′(p)=h′(p)이므로 h′(p)=0이다. 함수 h(x)는 구간 (−∞,−2) 또는 (1,∞)에서 증가하므로 h′(p)=0를 만족하는 p는 존재하지 않는다. −2<x<1에서 h′(x)=8x+4이므로 h′(p)=0에서 h′(p)=8p+4=0,p=−21.
(Ⅱ) 함수 h(x)에 대하여 h′(x)가h′(x)=⎩⎨⎧3x2+2x−28x+43x2+2x−28x+4(x<−2)(−2<x<1)(1<x<4)(x>4)이므로 함수 h(x)가 x=p에서 미분가능하지 않을 가능성이 있는 부분은 p=−2 또는 p=1 또는 p=4일 때이다. 각각의 경우를 살펴보면 다음과 같다.(ⅰ) p=−2일 때4×x→−2+limx+2h(x)−h(−2)=4×x→−2+limx+2f(x)−f(−2)=−48x→−2−limx+2h(x)−h(−2)=x→−2−limx+2g(x)−g(−2)=6이므로 문제의 조건을 만족시키지 않는다.
(ⅱ) p=4일 때4×x→4+limx−4h(x)−h(4)=4×x→4+limx−4f(x)−f(4)=144x→4−limx−4h(x)−h(4)=x→4−limx−4g(x)−g(4)=54이므로 문제의 조건을 만족시키지 않는다.
(ⅲ) p=1일 때4×x→1+limx−1h(x)−h(1)=4×x→1+limx−1g(x)−g(1)=12x→1−limx−1h(x)−h(1)=x→1−limx−1f(x)−f(1)=12이므로 p=1일 때 문제의 조건을 만족시킨다.따라서 p=1,−21