미적분Ⅰ도함수의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

조건식 아래 최솟값

문제

등식 x2+3y2=9x ^{2} + 3 y ^{2} = 9를 만족시키는 실수 xx, yy에 대하여 x2+xy2x ^{2} + xy ^{2}의 최소값은? [4점] 53\displaystyle - \frac{5}{3}1- 113\displaystyle - \frac{1}{3}23\displaystyle \frac{2}{3}22

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해설

x2+3y2=9x ^{2} + 3 y ^{2} = 9에서 y2=13(9x2)\displaystyle y ^{2} = \frac{1}{3} ( 9 - x ^{2} ) \cdots \text{㉠} y20y ^{2} \geq 0이므로 3x3- 3 \leq x \leq 3 \cdots \text{㉡} 주어진 식에 ㉠을 대입한 식을 f(x)f ( x )라 하면 f(x)=x(x+y2)f ( x ) = x ( x + y ^{2} )=13x3+x2+3x\displaystyle = - \frac{1}{3} x ^{3} + x ^{2} + 3 x f(x)=x2+2x+3f' ( x ) = - x ^{2} + 2 x + 3=(x+1)(x3)= - ( x + 1 ) ( x - 3 ) ㉡의 범위에서 f(x)f ( x )의 증감표를 만들면

xx3- 3\cdots1- 1\cdots33
f(x)f' ( x )-00++00
f(x)f ( x )9953\displaystyle - \frac{5}{3}99

따라서 주어진 식의 최소값은 53\displaystyle - \frac{5}{3}이다.

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