미적분Ⅰ도함수의 활용수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

두 접선과 지름 원 조건의 삼차함수

문제

a>2\displaystyle a > \sqrt{2}인 실수 aa에 대하여 함수 f(x)f ( x )f(x)=x3+ax2+2xf \left( x \right) = - x ^{3} + ax ^{2} + 2 x 라 하자. 곡선 y=f(x)y = f ( x ) 위의 점 O(0,0){\mathrm{O}} \mathit{(} 0 , 0 )에서의 접선이 곡선 y=f(x)y = f ( x )와 만나는 점 중 O{\mathrm{O}}가 아닌 점을 A{\mathrm{A}}라 하고, 곡선 y=f(x)y = f ( x ) 위의 점 A{\mathrm{A}}에서의 접선이 xx축과 만나는 점을 B{\mathrm{B}}라 하자. 점 A{\mathrm{A}}가 선분 OB{\mathrm{OB}}를 지름으로 하는 원 위의 점일 때, OA×AB\displaystyle \overline{{\mathrm{OA}}} \times \overline{{\mathrm{AB}}}의 값을 구하시오. [4점]

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해설

f(x)=x3+ax2+2xf \left( x \right) = - x ^{3} + ax ^{2} + 2 x에서 f(x)=3x2+2ax+2f' \left( x \right) = - 3 x ^{2} + 2 ax + 2 x=0x = 0에서 곡선 y=f(x)y = f \left( x \right)의 접선의 기울기가 f(0)=2f' \left( 0 \right) = 2이므로 접선의 방정식은 y=2xy = 2 x 직선 y=2xy = 2 x가 곡선 y=f(x)y = f \left( x \right)와 만나는 점의 xx좌표는 x3+ax2+2x=2x- x ^{3} + ax ^{2} + 2 x = 2 x, x2(xa)=0x ^{2} \left( x - a \right) = 0 x=0x = 0(중근) 또는 x=ax = a 따라서 점 A\mathrm{A}의 좌표는 (a,2a)\left( a , 2 a \right)이다. 점 A\mathrm{A}가 선분 OB\mathrm{OB}를 지름으로 하는 원 위의 점이므로 OAB=90\mathrm{\angle} OAB = 90 ^\circ 따라서 곡선 y=f(x)y = f \left( x \right) 위의 점 A\mathrm{A}에서 접선의 기울기는 12\displaystyle - \frac{1}{2}이므로 접선의 방정식은 y=12(xa)+2a=12x+52a\displaystyle y = - \frac{1}{2} \left( x - a \right) + 2 a = - \frac{1}{2} x + \frac{5}{2} a \therefore B(5a,0)\mathrm{B} \left( \mathit{5} a , 0 \right) 또한, f(a)=12\displaystyle f' \left( a \right) = - \frac{1}{2}에서 2a2=12\displaystyle 2 - a ^{2} = - \frac{1}{2}, a2=52\displaystyle a ^{2} = \frac{5}{2} OA=5a\displaystyle \mathrm{\overline{OA}} = \mathit{\sqrt{5}} a, AB=25a\displaystyle \mathrm{\overline{AB}} = 2 \sqrt{5} \mathit{a}이므로 OA×AB\displaystyle \mathrm{\overline{OA}} \times \overline{AB}=10a2=25= 10 a ^{2} = 25

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