미적분Ⅰ도함수의 활용수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

적분함수 최댓값 보기

문제

양수 tt에 대하여 함수 f(x)f \left( x \right)f(x)=3tx(s24ts+3t2)ds\displaystyle f \left( x \right) = \int _{3 t} ^{x} {\left( s ^{2} - 4 ts + 3 t ^{2} \right) ds} 라 할 때, 닫힌 구간 [0,2]\left[ 0 , 2 \right]에서 함수 f(x)f \left( x \right)의 최댓값을 g(t)g \left( t \right)라 하자. <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? [4점] < 보 기 > ㄱ. f(x)=(xt)(x3t)f' \left( x \right) = \left( x - t \right) \left( x - 3 t \right) ㄴ. t>2t > 2일 때, g(t)=23(3t2)2\displaystyle g \left( t \right) = \frac{2}{3} \left( 3 t - 2 \right) ^{2}이다. ㄷ. t>0t > 0에서 정의된 함수 g(t)g ( t )t=12\displaystyle t = \frac{1}{2}에서만 미분가능하지 않다.

ㄱ, ㄴㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. f(x)=x24tx+3t2f' \left( x \right) = x ^{2} - 4 tx + 3 t ^{2}=(xt)(x3t)= \left( x - t \right) \left( x - 3 t \right) (참) ㄴ. f(x)f \left( x \right)=3tx(s24ts+3t2)ds\displaystyle = \int _{3 t} ^{x} {\left( s ^{2} - 4 ts + 3 t ^{2} \right) ds} =[13s32ts2+3t2s]3tx\displaystyle = \left[ \frac{1}{3} s ^{3} - 2 ts ^{2} + 3 t ^{2} s \right] _{3 t} ^{x}=13x32tx2+3t2x\displaystyle = \frac{1}{3} x ^{3} - 2 tx ^{2} + 3 t ^{2} x =13x(x3t)2\displaystyle = \frac{1}{3} x \left( x - 3 t \right) ^{2} f(t)=0f' \left( t \right) = 0, f(t)=43t3\displaystyle f ( t ) = \frac{4}{3} t ^{3}이므로 f(x)43t3=13x(x26tx+9t2)43t3\displaystyle f \left( x \right) - \frac{4}{3} t ^{3} = \frac{1}{3} x \left( x ^{2} - 6 tx + 9 t ^{2} \right) - \frac{4}{3} t ^{3}=13(xt)2(x4t)\displaystyle = \frac{1}{3} \left( x - t \right) ^{2} \left( x - 4 t \right) f(t)=f(4t)=43t3\displaystyle f \left( t \right) = f \left( 4 t \right) = \frac{4}{3} t ^{3} ⅰ) t>2t > 2일 때

43t3\displaystyle \frac{4}{3} t ^{3} y=f(x)y = f \left( x \right)

함수 f(x)f \left( x \right)x=2x = 2에서 최댓값을 가지므로 g(t)=f(2)=23(3t2)2\displaystyle g ( t ) = f \left( 2 \right) = \frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2} ⅱ) t2<4tt \leq 2 < 4 t 즉, 12<t2\displaystyle \frac{1}{2} < t \leq 2일 때

43t3\displaystyle \frac{4}{3} t ^{3} y=f(x)y = f \left( x \right)

함수 f(x)f ( x )x=tx = t에서 최댓값을 가지므로 g(t)=f(t)=43t3\displaystyle g ( t ) = f \left( t \right) = \frac{4}{3} t ^{3} ⅲ) 4t24 t \leq 2 즉, 0<t12\displaystyle 0 < t \leq \frac{1}{2}일 때

43t3\displaystyle \frac{4}{3} t ^{3} y=f(x)y = f \left( x \right)

함수 f(x)f ( x )x=2x = 2에서 최댓값을 가지므로 g(t)=f(2)=23(3t2)2\displaystyle g ( t ) = f ( 2 ) = \frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2} ⅰ), ⅱ), ⅲ)에 의하여 t>2t > 2일 때, g(t)=23(3t2)2\displaystyle g ( t ) = \frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2} (참) ㄷ. 함수

g(t)=g \left( t \right) ={\displaystyle {\begin{cases} & \begin{aligned} \\ \end{aligned} \\ \begin{aligned} \\ \begin{matrix} \\ \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{matrix} \end{aligned} & \end{cases}}23(3t2)2\displaystyle \frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2}(0<t12)\displaystyle \left( 0 < t \leq \frac{1}{2} \right)
43t3\displaystyle \frac{4}{3} t ^{3}(12<t2)\displaystyle \left( \frac{1}{2} < t \leq 2 \right)
23(3t2)2\displaystyle \frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2}(t>2)\displaystyle \left( \begin{array}{l} t > 2 \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right)

의 미분가능성을 조사하면 ⅰ) t=12\displaystyle t = \frac{1}{2}일 때, limt12g(t)g(12)t12\displaystyle \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow \frac{1}{2} -} {\frac{g ( t ) - g \left( \frac{1}{2} \right)}{t - \frac{1}{2}}}=limt1223(3t2)216t12\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow \frac{1}{2} -} {\frac{\frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2} - \frac{1}{6}}{t - \frac{1}{2}}} =limt12(2t1)(6t5)2t1\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow \frac{1}{2} -} {\frac{( 2 t - 1 ) ( 6 t - 5 )}{2 t - 1}}=2= - 2 limt12+g(t)g(12)t12\displaystyle \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow \frac{1}{2} +} {\frac{g ( t ) - g \left( \frac{1}{2} \right)}{t - \frac{1}{2}}}=limt12+43t316t12\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow \frac{1}{2} +} {\frac{\frac{4}{3} t ^{3} - \frac{1}{6}}{t - \frac{1}{2}}} =limt12+(2t1)(4t2+2t+1)3(2t1)\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow \frac{1}{2} +} {\frac{\left( 2 t - 1 ^{} \right) \left( 4 t ^{2} + 2 t + 1 \right)}{3 ( 2 t - 1 )}}=1= 1 따라서 t=12\displaystyle t = \frac{1}{2}에서 미분가능하지 않다. ⅱ) t=2t = 2일 때, limt2g(t)g(2)t2\displaystyle \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 -} {\frac{g ( t ) - g ( 2 )}{t - 2}}=limt243t3323t2\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 -} {\frac{\frac{4}{3} t ^{3} - \frac{32}{3}}{t - 2}} =limt243(t38)t2\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 -} {\frac{\frac{4}{3} ( t ^{3} - 8 )}{t - 2}}=limt24(t2+2t+4)3=16\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 -} {\frac{4 ( t ^{2} + 2 t + 4 )}{3}} = 16 limt2+g(t)g(2)t2\displaystyle \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 +} {\frac{g ( t ) - g ( 2 )}{t - 2}}=limt2+23(3t2)2323t2\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 +} {\frac{\frac{2}{3} ( 3 t - 2 ) ^{2} - \frac{32}{3}}{t - 2}} =limt2+2(t2)(3t+2)t2=16\displaystyle = \lim\limits _{\mathit{t} \rightarrow 2 +} {\frac{2 ( t - 2 ) ( 3 t + 2 )}{t - 2}} = 16 따라서 t=2t = 2에서 미분가능하다. ⅰ), ⅱ)에 의하여 t>0t > 0에서 함수 g(t)g \left( t \right)t=12\displaystyle t = \frac{1}{2}에서만 미분가능하지 않다. (참) 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ, ㄷ

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