미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

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문제

a>0a > 0, b>0b > 0, a1a \ne 1, b1b \ne 1일 때, 함수 f(x)=bx+logaxax+logbx\displaystyle f ( x ) = \frac{b ^{x} + \log _{a} x}{a ^{x} + \log _{b} x} 에 대하여 <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? [4점]

<보 기>
ㄱ. 1<a<b1 < a < b이면 x>1x > 1인 모든 xx에 대하여 f(x)>1f ( x ) > 1이다. ㄴ. b<a<1b < a < 1이면 limxf(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} f ( x ) = 0이다. ㄷ. limx+0f(x)=logab\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow + 0} f ( x ) = \log _{a} b

ㄱ, ㄷㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. 1<a<b1 < a < b이고 x>1x > 1이면 1<ax<bx1 < a ^{x} < b ^{x}이고 0<logbx<logax0 < \log _{b} x < \log _{a} x이므로 ax+logbx<bx+logaxa ^{x} + \log _{b} x < b ^{x} + \log _{a} x f(x)f ( x )=bx+logaxax+logbx>1\displaystyle = \frac{b ^{x} + \log _{a} x}{a ^{x} + \log _{b} x} > 1 <참> ㄴ. b<a<1b < a < 1이면 limxax=limxbx=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {a ^{x}} = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {b ^{x}} = 0이고 limxlogax=limxlogbx=\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {\begin{aligned} \log _{a} x = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {\log _{b} x} = - \infty \\ \end{aligned}}이므로 limxf(x)=limxbx+logaxax+logbx\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {f ( x )} = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {\frac{b ^{x} + \log _{a} x}{a ^{x} + \log _{b} x}}=limxbxlogbx+logaxlogbxaxlogbx+1\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {\frac{\frac{b ^{x}}{\log _{b} x} + \frac{\log _{a} x}{\log _{b} x}}{\frac{a ^{x}}{\log _{b} x} + 1}} =limxbxlogbx+logbxlogbalogbxaxlogbx+1\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {\frac{\frac{b ^{x}}{\log _{b} x} + \frac{\frac{\log _{b} x}{\log _{b} a}}{\log _{b} x}}{\frac{a ^{x}}{\log _{b} x} + 1}}=1logba=logab\displaystyle = \frac{1}{\log _{b} a} = \log _{a} b <거짓> ㄷ. limx0+ax=limx0+bx=1\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {a ^{x}} = \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {b ^{x}} = 1이고 x0+x \rightarrow 0 +일 때, logax\log _{a} x, logbx\log _{b} x\infty 또는 - \infty로 발산하므로 ㄴ과 같은 방법으로 계산하면 limx+0f(x)=limx+0bx+logaxax+logbx\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow + 0} {f ( x )} = \lim\limits _{x \rightarrow + 0} {\frac{b ^{x} + \log _{a} x}{a ^{x} + \log _{b} x}}=limxbxlogbx+logbxlogbalogbxaxlogbx+1\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {\frac{\frac{b ^{x}}{\log _{b} x} + \frac{\frac{\log _{b} x}{\log _{b} a}}{\log _{b} x}}{\frac{a ^{x}}{\log _{b} x} + 1}}=logab= \log _{a} b <참>

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