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

미분가능 조건으로 결정하는 다항함수

문제

다항함수 g(x)g ( x )와 자연수 kk에 대하여 함수 f(x)f ( x )가 다음과 같다. f(x)={x+1(x0)g(x)(0<x<2)k(x2)+1(x2)\displaystyle f ( x ) = {\begin{cases} x + 1 & ( x \leq 0 ) \\ g ( x ) ^{{}^{}} & ( 0 < x < 2 ) ^{{}^{}} \\ k ( x - 2 ) + 1 ^{{}^{}} & ( x \geq 2 ) ^{{}^{}} \end{cases}} 함수 f(x)f ( x )가 모든 실수 xx에 대하여 미분가능하도록 하는 가장 낮은 차수의 다항함수 g(x)g ( x )에 대하여 14\displaystyle \frac{1}{4}<g(1)<34\displaystyle < g ( 1 ) < \frac{3}{4}일 때, kk의 값을 구하여라. [4점]

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해설

가장 낮은 차수의 다항함수 g(x)g ( x )는 삼차함수이고, 그림과 같이 양쪽 직선이 접선이다.

g(x)=x(x2)(ax+b)+1g ( x ) = x ( x - 2 ) ( ax + b ) + 1=ax32ax2+bx22bx+1= ax ^{3} - 2 ax ^{2} + bx ^{2} - 2 bx + 1 라고 놓을 수 있다. g(x)=3ax24ax+2bx2bg' ( x ) = 3 ax ^{2} - 4 ax + 2 bx - 2 b g(0)=2b=1g' ( 0 ) = - 2 b = 1에서 b=12\displaystyle b = - \frac{1}{2} g(1)=ab+1g ( 1 ) = - a - b + 1=a+32\displaystyle = - a + \frac{3}{2}, 14<a+32<34\displaystyle \frac{1}{4} < - a + \frac{3}{2} < \frac{3}{4}, 즉 34<a<54\displaystyle \frac{3}{4} < a < \frac{5}{4} k=g(2)=2(2a+b)=4a1k = g' ( 2 ) = 2 ( 2 a + b ) = 4 a - 1 이므로 2<k<42 < k < 4 k=3\therefore k = 3

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