수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 II 2번

문제

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해설강의 준비중
+30점 · 두 함수의 그래프의 교점의 y\displaystyle y좌표는 두 함수의 역함수 그래프의 교점의 x\displaystyle x좌표와 같다는 것을 파악하여 필요한 방정식을 찾는다.

함수 y=15x1\displaystyle y=\frac{1}{5}x-1의 역함수는 y=5x+5\displaystyle y=5x+5이다. 그러므로 구하는 교점의 y\displaystyle y좌표는 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=5x+5\displaystyle y=5x+5의 교점의 x\displaystyle x좌표와 같다.

(i) x2\displaystyle x\le-2일 때x32x+11=5x+5\displaystyle x^{3}-2x+11=5x+5를 정리하면 (x1)(x2)(x+3)=0\displaystyle (x-1)(x-2)(x+3)=0이다. 그러므로 x2\displaystyle x\le-2일 때의 근은 3\displaystyle -3뿐이다.

+65점 · 사잇값의 정리를 이용하여 근의 범위를 구한다.

(ii) x>2\displaystyle x>-2일 때52x2cos(π3x)+11=5x+5\displaystyle \frac{5}{2}x-2\cos\left(\frac{\pi}{3}x\right)+11=5x+5를 정리하면 52x+2cos(π3x)6=0\displaystyle \frac{5}{2}x+2\cos\left(\frac{\pi}{3}x\right)-6=0이다.h(x)=52x+2cos(π3x)6\displaystyle h(x)=\frac{5}{2}x+2\cos\left(\frac{\pi}{3}x\right)-6이라 하자. h(x)=522π3sin(π3x)522π3=154π6>0\displaystyle h^{\prime}(x)=\frac{5}{2}-\frac{2\pi}{3}\sin\left(\frac{\pi}{3}x\right)\ge\frac{5}{2}-\frac{2\pi}{3}=\frac{15-4\pi}{6}>0이므로 h(x)\displaystyle h(x)는 증가함수이다. 따라서 방정식 h(x)=0\displaystyle h(x)=0의 근의 개수는 0\displaystyle 0 또는 1\displaystyle 1이다. h(x)\displaystyle h(x)는 연속함수이고, h(3)=12<0\displaystyle h(3)=-\frac{1}{2}<0이고 h(4)=3>0\displaystyle h(4)=3>0이므로, 사잇값 정리에 의해 주어진 방정식은 열린구간 (3,4)\displaystyle (3,\,4)에서 오직 1개의 근을 갖는다.

(i), (ii)에 의해 a\displaystyle a의 정수 부분은 0\displaystyle 0이다.

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