미적분Ⅱ도함수의 활용수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

절댓값 미분가능

문제

함수 f(x)=x+cosx+π4\displaystyle f \left( x \right) = x + \cos x + \frac{\pi}{4}에 대하여 함수 g(x)g \left( x \right)g(x)=f(x)kg \left( x \right) = \left| f \left( x \right) - k \right| (kk0<k<6π0 < k < 6 \pi인 상수) 라 하자. 함수 g(x)g \left( x \right)가 실수 전체의 집합에서 미분가능하도록 하는 모든 kk의 값의 합을 qpπ\displaystyle \frac{q}{p} \pi라 할 때, p+qp + q의 값을 구하시오. (단, ppqq는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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해설

[출제의도] 도함수를 활용하여 추론하기 f(x)=1sinx0f' \left( x \right) = 1 - \sin x \geq 0이므로 f(x)f \left( x \right)는 실수 전체의 집합에서 증가한다. 함수 g(x)g \left( x \right)가 실수 전체의 집합에서 미분가능하기 위해서는 f(x)=kf \left( x \right) = kxx에서 f(x)=0f' \left( x \right) = 0이어야 한다. f(x)=0f' \left( x \right) = 0의 해가 x=2nπ+π2\displaystyle x = 2 n \pi + \frac{\pi}{2}(nn은 정수)이므로 k=f(2nπ+π2)=2nπ+34π\displaystyle k = f \left( 2 n \pi + \frac{\pi}{2} \right) = 2 n \pi + \frac{3}{4} \pi 0<k<6π0 < k < 6 \pi이므로 k=34π\displaystyle k = \frac{3}{4} \pi 또는 k=114π\displaystyle k = \frac{11}{4} \pi 또는 k=194π\displaystyle k = \frac{19}{4} \pi \therefore kk의 값의 합은 334π\displaystyle \frac{33}{4} \pi이므로 p=4p = 4, q=33q = 33 따라서 p+q=37p + q = 37

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