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

정사각형 위 두 점이 만드는 삼각형 넓이함수

문제

한 변의 길이가 11인 정사각형 ABCD\mathrm{ABCD}가 있다. 점 P\mathrm{P}B\mathrm{B}를 출발하여 매초 11의 속력으로 정사각형 ABCD\mathrm{ABCD}의 변을 따라 BCDA\mathrm{B} \rightarrow C \rightarrow D \rightarrow A의 방향으로 움직이고, 점 Q\mathrm{Q}C\mathrm{C}를 출발하여 매초 23\displaystyle \frac{2}{3}의 속력으로 정사각형 ABCD\mathrm{ABCD}의 변을 따라 CDAB\mathrm{C} \rightarrow D \rightarrow A \rightarrow B의 방향으로 움직인다. 두 점 P\mathrm{P}, Q\mathrm{Q}가 각각 B\mathrm{B}, C\mathrm{C}에서 동시에 출발한 후 시각 tt초일 때 삼각형 APQ\mathrm{APQ}의 넓이를 f(t)f ( t )라 하자. <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.단, 0t32\displaystyle 0 \leq t \leq \frac{3}{2})\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} ) [5점]

<보 기>
ㄱ. f(t)f ( t )는 구간 (0,32)\displaystyle \left( 0 , \frac{3}{2} \right)에서 미분가능하다. ㄴ. f(t)f ( t )t=34\displaystyle t = \frac{3}{4}에서 극솟값을 갖는다. ㄷ. f(t)f ( t )t=1t = 1에서 극댓값을 갖는다.

ㄱ, ㄷㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

0t10 \leq t \leq 1일 때, 점 P\mathrm{P}는 선분 BC\mathrm{BC}, 점 C\mathrm{C}는 선분 CD\mathrm{CD} 위에 있다.

f(t)f ( t )=1{12t+1223t(1t)+12(123t)}\displaystyle = 1 - \left\{ \frac{1}{2} t + \frac{1}{2} \cdot \frac{2}{3} t \cdot ( 1 - t ) + \frac{1}{2} \left( 1 - \frac{2}{3} t \right) \right\} =t23t2+12\displaystyle = \frac{t ^{2}}{3} - \frac{t}{2} + \frac{1}{2} (0t10 \leq t \leq 1) 1<t32\displaystyle 1 < t \leq \frac{3}{2}일 때, 점 P\mathrm{P}Q\mathrm{Q}는 선분 CD\mathrm{CD} 위에 있다.

f(t)f ( t )=12(1t3)\displaystyle = \frac{1}{2} \left( 1 - \frac{t}{3} \right)=12t6\displaystyle = \frac{1}{2} - \frac{t}{6} ㄱ. limt10f(t)f(1)t1\displaystyle \lim\limits _{t\rightarrow 1-0} \frac{f ( t ) - f ( 1 )}{t - 1}=2312=16\displaystyle = \frac{2}{3} - \frac{1}{2} = \frac{1}{6} limt1+0f(t)f(1)t1\displaystyle \lim\limits _{t\rightarrow 1+0} \frac{f ( t ) - f ( 1 )}{t - 1}=16\displaystyle = - \frac{1}{6} 따라서 함수 f(t)f ( t )t=1t = 1에서 미분가능하지 않다. (거짓) ㄴ. 0<t<10 < t < 1일 때, f(t)f' ( t )=23t12\displaystyle = \frac{2}{3} t - \frac{1}{2}이므로 t=34\displaystyle t = \frac{3}{4}에서 함수 f(t)f ( t )는 극솟값을 갖는다. (참) ㄷ. 함수 f(t)f ( t )t=1t = 1에서 연속이고 t=1t = 1를 기준으로 f(t)f' ( t )의 부호가 양에서 음으로 변하므로 f(t)f ( t )t=1t = 1에서 극댓값을 갖는다. (참) 따라서 옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.

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