수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중

곡선으로 둘러싸인 도형의 넓이

관련 개념강의 준비중

다항함수의 그래프

관련 개념강의 준비중
+3점 · [2-1] 부등식을 만족하는 구간과 그 길이를 올바르게 구한다.

[문제 2-1] f(x)>6\displaystyle f(x)>6을 정리하면(4x3)(3x1)(3x+1)>0\displaystyle (4x-3)(3x-1)(3x+1)>0이다.0x1\displaystyle 0\le x\le1에서 해는 0x<13\displaystyle 0\le x<\frac13 또는 34<x1\displaystyle \frac34<x\le1이므로g(6)=13+134=712\displaystyle g(6)=\frac13+1-\frac34=\frac7{12}이다.

+3점 · [2-2] 길이가 1이 되는 조건을 확인하고 범위를 구한다.

[문제 2-2] f(x)=24(x16)(x34)\displaystyle f^{\prime}(x)=24\left(x-\frac16\right)\left(x-\frac34\right)이므로끝점과 극값을 비교하면 [0,1]\displaystyle [0,1]에서의 최솟값은 f(34)=7116\displaystyle f\left(\frac34\right)=\frac{71}{16}이다.t\displaystyle t가 이 값보다 크면 f(x)t\displaystyle f(x)\le t인 구간이 생기고,같으면 한 점만 빠져 길이에 영향을 주지 않으므로t7116\displaystyle t\le\frac{71}{16}이다.

+9점 · [2-3] 가능한 경우를 모두 포함하여 함수와 그래프를 올바르게 제시한다.

[문제 2-3] f(x)>t\displaystyle f(x)>t이려면 ax>t\displaystyle ax>tbx+c>t\displaystyle bx+c>t가 모두 성립해야 하므로ta<x<tcb\displaystyle \frac ta<x<\frac{t-c}{b}이다.이 구간과 [0,1]\displaystyle [0,1]의 공통부분의 길이를 구하면된다.두 직선의 교점의 높이를 h=acab\displaystyle h=\frac{ac}{a-b}라 하면다음 네 경우로 나뉜다.(i) c0\displaystyle c\le0일 때g(t)={1(tb+c)tcb(b+c<t<c)0(tc)\displaystyle g(t)=\begin{cases}1&(t\le b+c)\\\frac{t-c}{b}&(b+c<t<c)\\0&(t\ge c)\end{cases}(ii) cab\displaystyle c\ge a-b일 때g(t)={1(t0)1ta(0<t<a)0(ta)\displaystyle g(t)=\begin{cases}1&(t\le0)\\1-\frac ta&(0<t<a)\\0&(t\ge a)\end{cases}(iii) 0<c<ab\displaystyle 0<c<a-b이고b+c0\displaystyle b+c\ge0일 때g(t)={1(t0)1ta(0<tb+c)tcbta(b+c<t<h)0(th)\displaystyle g(t)=\begin{cases}1&(t\le0)\\1-\frac ta&(0<t\le b+c)\\\frac{t-c}{b}-\frac ta&(b+c<t<h)\\0&(t\ge h)\end{cases}(iv) 0<c<ab\displaystyle 0<c<a-b이고b+c<0\displaystyle b+c<0일 때g(t)={1(tb+c)tcb(b+c<t0)tcbta(0<t<h)0(th)\displaystyle g(t)=\begin{cases}1&(t\le b+c)\\\frac{t-c}{b}&(b+c<t\le0)\\\frac{t-c}{b}-\frac ta&(0<t<h)\\0&(t\ge h)\end{cases}각 그래프는 아래와 같다.

g(t)의 그래프. 왼쪽에서 y=1인 수평선으로 시작해 t=b+c와 t=c 사이에서 직선으로 내려온 뒤 0이 되어 수평으로 이어진다.
g(t)의 그래프. t=0까지 y=1이다가 t=0부터 t=a까지 직선으로 내려와 0이 되고 그 뒤로 수평이다.
g(t)의 그래프. y=1에서 시작해 기울기가 한 번 꺾이며 두 단계로 내려온 뒤 0이 되어 수평으로 이어진다.
g(t)의 그래프. t=b+c까지 y=1이다가 원점 부근에서 기울기가 꺾이며 내려와 0이 되고 그 뒤로 수평이다.
+6점 · [2-4] 구하는 적분을 계산할 수 있는 넓이 또는 관계식으로 나타낸다.

[문제 2-4] 0x1\displaystyle 0\le x\le1에서0f(x)=a(xb)xc<10111=110<2023\displaystyle 0\le f(x)=|a|(x-b)|x-c|<10\cdot11\cdot1=110<2023이다.0t<f(x)\displaystyle 0\le t<f(x)인 영역을 수평으로 자르면 그 길이가 g(t)\displaystyle g(t)이고,수직으로 자르면 그 길이가 f(x)\displaystyle f(x)이므로02023g(t)dt=01f(x)dx\displaystyle \int_0^{2023}g(t)\,dt=\int_0^1f(x)\,dx이다.

+3점 · [2-4] 부호와 구간을 반영하여 적분값을 올바르게 구한다.

xb>0\displaystyle x-b>0이고a<0\displaystyle a<0이므로0xc\displaystyle 0\le x\le c에서는 f(x)=a(xb)(xc)\displaystyle f(x)=a(x-b)(x-c)이고,cx1\displaystyle c\le x\le1에서는 f(x)=a(xb)(xc)\displaystyle f(x)=-a(x-b)(x-c)이다.따라서02023g(t)dt=0ca(xb)(xc)dxc1a(xb)(xc)dx=a(c33bc2+bcb2c2+13)\displaystyle \begin{aligned}\int_0^{2023}g(t)\,dt&=\int_0^ca(x-b)(x-c)\,dx-\int_c^1a(x-b)(x-c)\,dx\\&=-a\left(\frac{c^3}{3}-bc^2+bc-\frac b2-\frac c2+\frac13\right)\end{aligned}이다.

다른 타당한 풀이도 해당 단계의 논증과 계산이 옳으면 같은 배점을 인정한다.

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