수리논술, 이게 다다.

자연계열 I (오전) 3번

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문제

[문제 3]

함수 f(x)=ax2+bx+c\displaystyle f(x)=ax^2+bx+c (a\displaystyle a, b\displaystyle b, c\displaystyle c는 정수)에 대하여, 닫힌구간 [2019,2021]\displaystyle [2019,2021]에서 ∣f(x)∣\displaystyle |f(x)|의 최댓값이 1\displaystyle 1이 되도록 하는 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 개수를 구하시오. [12점]

해설강의 준비중

ax2+bx+c=a(x−2020)2+(4040a+b)(x−2020)+a(2020)2+b(2020)+c\displaystyle ax^2+bx+c=a(x-2020)^2+(4040a+b)(x-2020)+a(2020)^2+b(2020)+cb′=b+4040a\displaystyle b^{\prime}=b+4040a, c′=c+2020b+4080400a\displaystyle c^{\prime}=c+2020b+4080400a라 하자.t=x−2020\displaystyle t=x-2020라 하고 p(t)=at2+b′t+c′\displaystyle p(t)=at^2+b^{\prime}t+c^{\prime}이라 하면, 닫힌 구간 [−1,1]\displaystyle [-1,1]에서 ∣p(t)∣\displaystyle |p(t)|의 최댓값이 1\displaystyle 1이다. 따라서, −1≤p(−1)=a−b′+c′≤1\displaystyle -1\leq p(-1)=a-b^{\prime}+c^{\prime}\leq1, −1≤p(1)=a+b′+c′≤1\displaystyle -1\leq p(1)=a+b^{\prime}+c^{\prime}\leq1, −1≤p(0)=c′≤1\displaystyle -1\leq p(0)=c^{\prime}\leq1이어야 하므로 −2≤2a+2c′≤2\displaystyle -2\leq2a+2c^{\prime}\leq2, −2≤2b′≤2\displaystyle -2\leq2b^{\prime}\leq2이다.그러므로, −2≤a≤2\displaystyle -2\leq a\leq2, −1≤b′≤1\displaystyle -1\leq b^{\prime}\leq1, −1≤c′≤1\displaystyle -1\leq c^{\prime}\leq1이 닫힌 구간 [−1,1]\displaystyle [-1,1]에서 ∣p(t)∣\displaystyle |p(t)|의 최댓값이 1\displaystyle 1이기 위한 필요조건이다.a\displaystyle a, b′\displaystyle b^{\prime}, c′\displaystyle c^{\prime}가 정수이므로, a=−2,−1,0,1,2\displaystyle a=-2,-1,0,1,2, b′=−1,0,1\displaystyle b^{\prime}=-1,0,1, c′=−1,0,1\displaystyle c^{\prime}=-1,0,1이 가능한 모든 경우이다.1. a=−2\displaystyle a=-2인 경우b′=−1\displaystyle b^{\prime}=-1이면 p(t)=−2t2−t+c′\displaystyle p(t)=-2t^2-t+c^{\prime}은 구간 [−1,1]\displaystyle [-1,1]에서 최댓값 18+c′\displaystyle \frac18+c^{\prime}와 최솟값 −3+c′\displaystyle -3+c^{\prime}를 가지므로 ∣p(t)∣\displaystyle |p(t)|의 최댓값이 1\displaystyle 1일 수 없다. 마찬가지로 b′=1\displaystyle b^{\prime}=1도 불가능하다.b′=0\displaystyle b^{\prime}=0이면 p(t)=−2t2+1\displaystyle p(t)=-2t^2+1이 조건을 만족한다.2. a=−1\displaystyle a=-1인 경우b′=−1\displaystyle b^{\prime}=-1이면 p(t)=−t2−t+c′\displaystyle p(t)=-t^2-t+c^{\prime}는 구간 [−1,1]\displaystyle [-1,1]에서 최댓값 14+c′\displaystyle \frac14+c^{\prime}와 최솟값 −2+c′\displaystyle -2+c^{\prime}를 가지므로 ∣p(t)∣\displaystyle |p(t)|의 최댓값이 1\displaystyle 1일 수 없다. 마찬가지로 b′=1\displaystyle b^{\prime}=1도 불가능하다.b′=0\displaystyle b^{\prime}=0이면 p(t)=−t2+1\displaystyle p(t)=-t^2+1과 p(t)=−t2\displaystyle p(t)=-t^2이 조건을 만족한다.3. a=0\displaystyle a=0인 경우b′=−1\displaystyle b^{\prime}=-1이면 p(t)=−t\displaystyle p(t)=-t가 조건을 만족한다.b′=0\displaystyle b^{\prime}=0이면 p(t)=−1\displaystyle p(t)=-1과 p(t)=1\displaystyle p(t)=1이 조건을 만족한다.b′=1\displaystyle b^{\prime}=1이면 p(t)=t\displaystyle p(t)=t가 조건을 만족한다.4. a=1\displaystyle a=1 또는 a=2\displaystyle a=2인 경우1, 2의 경우와 마찬가지로, p(t)=t2−1\displaystyle p(t)=t^2-1, p(t)=2t2−1\displaystyle p(t)=2t^2-1, p(t)=t2\displaystyle p(t)=t^2이 각각 조건을 만족한다.따라서 p(t)=−2t2+1, −t2+1, −t2, −t, −1, 1, t, t2−1, t2, 2t2−1\displaystyle p(t)=-2t^2+1,\ -t^2+1,\ -t^2,\ -t,\ -1,\ 1,\ t,\ t^2-1,\ t^2,\ 2t^2-1로 10개이고, 주어진 조건을 만족하는 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 10개다.

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