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

분수꼴 함수의 연속

문제

a>2a > 2인 상수 aa에 대하여 함수 f(x)f ( x )

f(x)={\displaystyle f ( x ) = {\begin{cases} \\ \\ \\ \end{cases}}x24x+3x ^{2} - 4 x + 3(x2x {\leq} 2)
x2+ax- x ^{2} + ax(x>2x > 2)

라 하자. 최고차항의 계수가 11인 삼차함수 g(x)g ( x )에 대하여 실수 전체의 집합에서 연속인 함수 h(x)h ( x )가 다음 조건을 만족시킬 때, h(1)+h(3)h ( 1 ) + h ( 3 )의 값은? [4점]

(가) x1x \ne 1, xax \ne a일 때, h(x)=g(x)f(x)\displaystyle h ( x ) = \frac{g ( x )}{f ( x )}이다. (나) h(1)=h(a)h ( 1 ) = h ( a )

156\displaystyle - \frac{15}{6}73\displaystyle - \frac{7}{3}136\displaystyle - \frac{13}{6}2- 2116\displaystyle - \frac{11}{6}

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해설

[출제의도] 함수의 연속을 이해하여 상수의 값을 구한다. 함수 f(x)f ( x )f(1)=0f ( 1 ) = 0, f(a)=0f ( a ) = 0이고, limx2f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2 -} {} f ( x )=1= \mathit{-} 1, limx2+f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2 +} {} f ( x )=4+2a= \mathit{-} 4 + 2 a에서 limx2f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2 -} {} f ( x )limx2+f(x)\displaystyle \ne \lim\limits _{x \rightarrow 2 +} {} f ( x )이므로 x=2x = 2에서 불연속이다. 함수 h(x)h ( x )가 실수 전체의 집합에서 연속이므로 함수 h(x)h ( x )x=1x = 1, x=ax = a, x=2x = 2에서 연속이어야 한다. limx1g(x)f(x)=h(1)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {} \frac{g ( x )}{f ( x )} = h ( 1 ), limxag(x)f(x)=h(a)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow a} {} \frac{g ( x )}{f ( x )} = h ( a )에서 limx1f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {} f ( x )=f(1)= f ( 1 )=0= 0, limxaf(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow a} {} f ( x )=f(a)= f ( a )=0= 0이므로 limx1g(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {} g ( x ) = 0, limxag(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow a} {} g ( x ) = 0 즉, g(1)=0g ( 1 ) = 0, g(a)=0g ( a ) = 0 또, limx2g(x)f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2 -} {\frac{g ( x )}{f ( x )}}=limx2+g(x)f(x)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 2 +} {\frac{g ( x )}{f ( x )}}, g(2)1=g(2)4+2a\displaystyle \frac{g ( 2 )}{- 1} = \frac{g ( 2 )}{- 4 + 2 a}이므로 g(2)=0g ( 2 ) = 0이고 g(x)g ( x )=(x1)(x2)(xa)= \left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) \left( x - a \right)이다. limx1h(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {} h ( x )=limx1(x1)(x2)(xa)(x1)(x3)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 1} {} \frac{\left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) \left( x - a \right)}{\left( x - 1 \right) \left( x - 3 \right)} =limx1(x2)(xa)x3\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 1} {} \frac{\left( x - 2 \right) \left( x - a \right)}{x - 3} =1a2\displaystyle = \frac{1 - a}{2} limxah(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow a} {} h ( x )=limxa(x1)(x2)(xa)x(xa)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow a} {} \frac{\left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) \left( x - a \right)}{- x \left( x - a \right)} =limxa(x1)(x2)x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow a} {} \frac{\left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right)}{- x} =(a1)(a2)a\displaystyle = \mathit{-} \frac{\left( a - 1 \right) \left( a - 2 \right)}{a} h(1)h ( 1 )=h(a)= h ( a )이므로 1a2\displaystyle \frac{1 - a}{2}=(a1)(a2)a\displaystyle = \mathit{-} \frac{\left( a - 1 \right) \left( a - 2 \right)}{a} a>2a > 2이므로 a=4a = 4 따라서 h(x)h ( x )=g(x)f(x)\displaystyle = \frac{g ( x )}{f ( x )}={(x2)(x4)x3(x2)(x1)(x2)x(x>2)\displaystyle = {\begin{cases} \frac{\left( x - 2 \right) \left( x - 4 \right)}{x - 3} & & \left( x {\leq} 2 \right) \\ - \frac{\left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right)}{x} & & \left( x > 2 \right) \end{cases}} 이므로 h(1)+h(3)h ( 1 ) + h ( 3 )=32+(23)\displaystyle = \mathit{-} \frac{3}{2} + \left( - \frac{2}{3} \right)=136\displaystyle = \mathit{-} \frac{13}{6}

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