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

극값 x 좌표 보기 판정

문제

열린 구간 (0,2π)( 0 , 2 \pi )에서 정의된 함수 f(x)=cosx+2xsinxf ( x ) = \cos x + 2 x \sin xx=αx = \alphax=βx = \beta에서 극값을 가진다. <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (단, α<β)\alpha < \beta ) [4점]

<보 기>
ㄱ. tan(α+π)=2α\tan ( \alpha + \pi ) = - 2 \alpha ㄴ. g(x)=tanxg ( x ) = \tan x라 할 때, g(α+π)<g(β)g' ( \alpha + \pi ) < g' ( \beta )이다. ㄷ. 2(βα)α+πβ<sec2α\displaystyle \frac{2 ( \beta - \alpha )}{\alpha + \pi - \beta} < \sec ^{2} \alpha

ㄱ, ㄴㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

f(x)=sinx+2sinx+2xcosx=sinx+2xcosxf' ( x ) = - \sin x + 2 \sin x + 2 x \cos x = \sin x + 2 x \cos x =cosx(2x+tanx)=cos(2x(tanx))= \cos x ( 2 x + \tan x ) = \cos ( 2 x - ( - \tan x ) ) ㄱ. f(α)=0f' ( \alpha ) = 0이므로 2α+tanα=02 \alpha + \tan \alpha = 0, tanα=2α\therefore \tan \alpha = - 2 \alpha tan(π+α)=tanα=2α\tan ( \pi + \alpha ) = \tan \alpha = - 2 \alpha ∴ ㄱ은 참 ㄴ. 아래 그림에서

32π<β<π+α<2π\displaystyle \frac{3}{2} \pi < \beta < \pi + \alpha < 2 \pi이므로 g(x)=sec2x=1cos2x\displaystyle g' ( x ) = \sec ^{2} x = \frac{1}{\cos ^{2} x}는 감소함수다. β<π+α\beta < \pi + \alpha이므로 g(β)>g(π+α)g' ( \beta ) > g' ( \pi + \alpha )이다. ∴ ㄴ은 참 ㄷ.

(β,tanβ)( \beta , - \tan \beta ), (π+α,tan(π+α))( \pi + \alpha , - \tan ( \pi + \alpha ) ) 두 점 사이의 기울기는 tan(π+α)(tanβ)(π+α)β=2α2βπ+αβ\displaystyle - \tan ( \pi + \alpha ) - ( - \frac{\tan \beta )}{( \pi + \alpha ) - \beta} = \frac{2 \alpha - 2 \beta}{\pi + \alpha - \beta} 위 그림에 의해 (2α2β)π+αβ<sec2(π+α)=sec2α\displaystyle \frac{( 2 \alpha - 2 \beta )}{\pi + \alpha - \beta} < - \sec ^{2} ( \pi + \alpha ) = - \sec ^{2} \alpha 2(βα)π+αβ>sec2α\displaystyle \therefore \frac{2 ( \beta - \alpha )}{\pi + \alpha - \beta} > \sec ^{2} \alpha ∴ ㄷ은 거짓 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.

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