미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

극한으로 정의된 함수와 실근의 개수

문제

함수 f(x)={limnx(x2nx2n)x2n+x2n(x0)0(x=0)\displaystyle f ( x ) = {\begin{cases} \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{x \left( x ^{2 n} - x ^{- 2 n} \right)}{x ^{2 n} + x ^{- 2 n}}} & \left( x \ne 0 \right) \\ 0 & \left( x = 0 \right) \end{cases}} 에 대하여 방정식 f(x)=(xk)2f ( x ) = ( x - k ) ^{2}의 서로 다른 실근의 개수가 3인 실수 kk의 범위는 a<k<ba < k < b이다. 상수 aa, bb에 대하여 a+ba + b의 값은? [5점] 14\displaystyle \frac{1}{4}13\displaystyle \frac{1}{3}12\displaystyle \frac{1}{2}23\displaystyle \frac{2}{3}34\displaystyle \frac{3}{4}

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해설

f(x)={limnx(x2nx2n)x2n+x2n(x0)0(x=0)\displaystyle f ( x ) = {\begin{cases} \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{x \left( x ^{2 n} - x ^{- 2 n} \right)}{x ^{2 n} + x ^{- 2 n}}} & \left( x \ne 0 \right) \\ 0 & \left( x = 0 \right) \end{cases}} f(x)={x(1<x<1)0(x=±1)x(x<1,x<1)\displaystyle f ( x ) = {\begin{cases} - x & \left( - 1 < x < 1 \right) \\ 0 & \left( x = \pm 1 \right) \\ x & \left( x < - 1 , x < 1 \right) \end{cases}}

이 때, f(x)=(xk)2f ( x ) = ( x - k ) ^{2}이 서로 다른 실근의 개수가 33인 조건은 ㄱ) k=0k = 0일 때,

ㄴ) y=xy = - xy=(xk)2y = \left( x - k \right) ^{2}접할 때, x=(xk)2- x = ( x - k ) ^{2} x2(2k1)x+k2=0x ^{2} - ( 2 k - 1 ) x + k ^{2} = 0 D=(2k1)24k2D = ( 2 k - 1 ) ^{2} - 4 k ^{2}=4k+1=0= - 4 k + 1 = 0 k=14\displaystyle k = \frac{1}{4}

ㄱ),ㄴ)의 사이 영역에서 실근 개수가 3개 성립 \therefore0<k<14\displaystyle 0 < k < \frac{1}{4} \therefore a+b=0+14=14\displaystyle a + b = 0 + \frac{1}{4} = \frac{1}{4}

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