미적분Ⅰ함수의 극한수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

분수꼴 함수의 극한

문제

최고차항의 계수가 1\mathrm{1}인 삼차함수 f(x)f ( x )에 대하여 함수 g(x)g ( x )g(x)={f(x+3){f(x)+1}f(x)(f(x)0)3(f(x)=0)\displaystyle g \left( x \right) = {\begin{cases} \frac{f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\}}{f \left( x \right)} & & \left( f \left( x \right) \ne 0 \right) \\ 3 & & \left( f \left( x \right) = 0 \right) \end{cases}} 이라 하자. limx3g(x)=g(3)1\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} g \left( x \right) = g \left( 3 \right) - 1일 때, g(5)g ( 5 )의 값은? [4점] 14\mathrm{14}16\mathrm{16}18\mathrm{18}20\mathrm{20}22\mathrm{22}

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해설

limx3g(x)=g(3)1\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} g \left( x \right) = g \left( 3 \right) - 1이므로 함수 g(x)g \left( x \right)x=3x = 3에서 불연속이다. 함수 f(x)f \left( x \right)는 최고차항의 계수가 11인 삼차함수이다. f(k)0f \left( k \right) \ne 0인 임의의 실수 kk에 대하여 limxkg(x)=limxkf(x+3){f(x)+1}f(x)=f(k+3){f(k)+1}f(k)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow k} {} g \left( x \right) = \lim\limits _{x \rightarrow k} {} \frac{f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\}}{f \left( x \right)} = \frac{f \left( k + 3 \right) \left\{ f \left( k \right) + 1 \right\}}{f \left( k \right)} limxkg(x)=g(k)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow k} {} g \left( x \right) = g \left( k \right)이므로 함수 g(x)g \left( x \right)x=kx = k에서 연속이다. \thereforef(3)=0f \left( 3 \right) = 0 g(3)=3g \left( 3 \right) = 3이므로 limx3g(x)=2\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} g \left( x \right) = 2이다. limx3f(x+3){f(x)+1}f(x)=2\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\}}{f \left( x \right)} = 2 x3x \rightarrow 3일 때 (분모)0\rightarrow 0이고 극한값이 존재하므로 (분자)0\rightarrow 0이다. limx3[f(x+3){f(x)+1}]=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \left[ f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\} \right] = 0 f(6)=0f \left( 6 \right) = 0 또는 f(3)=1f \left( 3 \right) = - 1 \thereforef(6)=0f \left( 6 \right) = 0 f(3)=0f \left( 3 \right) = 0, f(6)=0f \left( 6 \right) = 0이므로 f(x)=(x3)(x6)(x+a)f \left( x \right) = \left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x + a \right)(aa는 상수) 라 하자. limx3f(x+3){f(x)+1}f(x)=2\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\}}{f \left( x \right)} = 2에서 limx3f(x+3){f(x)+1}f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\}}{f \left( x \right)} =limx3x(x3)(x+a+3){(x3)(x6)(x+a)+1}(x3)(x6)(x+a)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{x \left( x - 3 \right) \left( x + a + 3 \right) \left\{ \left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x + a \right) + 1 \right\}}{\left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x + a \right)} =limx3x(x+a+3){(x3)(x6)(x+a)+1}(x6)(x+a)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{x \left( x + a + 3 \right) \left\{ \left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x + a \right) + 1 \right\}}{\left( x - 6 \right) \left( x + a \right)} (ⅰ) a=3a = - 3일 때 limx3x(x+a+3){(x3)(x6)(x+a)+1}(x6)(x+a)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{x \left( x + a + 3 \right) \left\{ \left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x + a \right) + 1 \right\}}{\left( x - 6 \right) \left( x + a \right)} =limx3x2{(x3)2(x6)+1}(x6)(x3)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{x ^{2} \left\{ \left( x - 3 \right) ^{2} \left( x - 6 \right) + 1 \right\}}{\left( x - 6 \right) \left( x - 3 \right)} x3x \rightarrow 3일 때 (분모)0\rightarrow 0이고, (분자)9\rightarrow 9이므로 limx3f(x+3){f(x)+1}f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{f \left( x + 3 \right) \left\{ f \left( x \right) + 1 \right\}}{f \left( x \right)}의 값이 존재하지 않는다. (ⅱ) a3a \ne - 3일 때 limx3x(x+a+3){(x3)(x6)(x+a)+1}(x6)(x+a)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 3} {} \frac{x \left( x + a + 3 \right) \left\{ \left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x + a \right) + 1 \right\}}{\left( x - 6 \right) \left( x + a \right)} =3(a+6)3(a+3)\displaystyle = \frac{3 \left( a + 6 \right)}{- 3 \left( a + 3 \right)} =a+6a+3\displaystyle = - \frac{a + 6}{a + 3} a+6a+3=2\displaystyle - \frac{a + 6}{a + 3} = 2이므로 a=4a = - 4 (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 함수 f(x)f \left( x \right)f(x)=(x3)(x6)(x4)f \left( x \right) = \left( x - 3 \right) \left( x - 6 \right) \left( x - 4 \right) f(5)0f \left( 5 \right) \ne 0이므로 g(5)=f(8){f(5)+1}f(5)=20\displaystyle g \left( 5 \right) = \frac{f \left( 8 \right) \left\{ f \left( 5 \right) + 1 \right\}}{f \left( 5 \right)} = 20

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