미적분Ⅰ함수의 극한수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

무리식 극한의 수렴조건으로 미지수 결정

문제

두 실수 aa, bb가 다음 조건을 만족시킬 때, a+b+c+da + b + c + d의 값은? [5점]

(가) limx((ab)x2+axx)=c(c\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \left( \sqrt{\left( a - b \right) x ^{2} + ax} - x \right) = c \left( c \right.는 상수)\left. \right) (나) limx(axb(b+1)x24x)=d\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow - \infty} {} \left( ax - b - \sqrt{- \left( b + 1 \right) x ^{2} - 4 x} \right) = d (dd는 상수)

52\displaystyle - \frac{5}{2}3\mathrm{-} 372\displaystyle - \frac{7}{2}4\mathrm{-} 492\displaystyle - \frac{9}{2}

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해설

조건 (가)에서 limx((ab)x2+axx)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \left( \sqrt{\left( a - b \right) x ^{2} + ax} - x \right) =limx{(ab)x2+axx}{(ab)x2+ax+x}(ab)x2+ax+x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \frac{\left\{ \sqrt{\left( a - b \right) x ^{2} + ax} - x \right\} \left\{ \sqrt{\left( a - b \right) x ^{2} + ax} + x \right\}}{\sqrt{\left( a - b \right) x ^{2} + ax} + x} =limx(ab1)x2+ax(ab)x2+ax+x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a - b - 1 \right) x ^{2} + ax}{\sqrt{\left( a - b \right) x ^{2} + ax} + x} =limx(ab1)x+aab+ax+1\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a - b - 1 \right) x + a}{\sqrt{a - b + \frac{a}{x}} + 1} 이므로 limx(ab1)x+aab+ax+1\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a - b - 1 \right) x + a}{\sqrt{a - b + \frac{a}{x}} + 1}가 수렴하려면 ab1=0a - b - 1 = 0 \therefore ab=1a - b = 1 \cdots\cdotslimx(ab1)x+aab+ax+1\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a - b - 1 \right) x + a}{\sqrt{a - b + \frac{a}{x}} + 1}=limxa1+ax+1\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {} \frac{a}{\sqrt{1 + \frac{a}{x}} + 1}=a1+1\displaystyle = \frac{a}{\sqrt{1} + 1} 이므로 a2=c\displaystyle \frac{a}{2} = c에서 a=2ca = 2 c, b=2c1b = 2 c - 1 \cdots\cdots ㉡ 조건 (나)에서 x=tx = - t라 하면 xx \rightarrow - \infty일 때 tt \rightarrow \infty이므로 limx(axb(b+1)x24x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow - \infty} {} \left( ax - b - \sqrt{- \left( b + 1 \right) x ^{2} - 4 x} \right) =limt{atb(b+1)t2+4t}\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \left\{ - at - b - \sqrt{- \left( b + 1 \right) t ^{2} + 4 t} \right\} =limt{at+b+(b+1)t2+4t}{at+b(b+1)t2+4t}atb+(b+1)t2+4t\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \frac{\left\{ at + b + \sqrt{- \left( b + 1 \right) t ^{2} + 4 t} \right\} \left\{ at + b - \sqrt{- \left( b + 1 \right) t ^{2} + 4 t} \right\}}{- at - b + \sqrt{- \left( b + 1 \right) t ^{2} + 4 t}} =limt(at+b)2{(b+1)t2+4t}atb+(b+1)t2+4t\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \frac{\left( at + b \right) ^{2} - \left\{ - \left( b + 1 \right) t ^{2} + 4 t \right\}}{- at - b + \sqrt{- \left( b + 1 \right) t ^{2} + 4 t}} =limt(a2+b+1)t+2(ab2)+b2tabt+(b+1)+4t\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a ^{2} + b + 1 \right) t + 2 \left( ab - 2 \right) + \frac{b ^{2}}{t}}{- a - \frac{b}{t} + \sqrt{- \left( b + 1 \right) + \frac{4}{t}}} 이므로 limt(a2+b+1)t+2(ab2)+b2tabt+(b+1)+4t\displaystyle \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a ^{2} + b + 1 \right) t + 2 \left( ab - 2 \right) + \frac{b ^{2}}{t}}{- a - \frac{b}{t} + \sqrt{- \left( b + 1 \right) + \frac{4}{t}}}가 수렴하려면 a2+b+1=0a ^{2} + b + 1 = 0 \cdots\cdots ㉢ ㉠, ㉢을 연립하여 풀면 a=0a = 0, b=1b = - 1 또는 a=1a = - 1, b=2b = - 2 이때 a=0a = 0, b=1b = - 1이면 limt(a2+b+1)t+2(ab2)+b2tabt+(b+1)+4t\displaystyle \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a ^{2} + b + 1 \right) t + 2 \left( ab - 2 \right) + \frac{b ^{2}}{t}}{- a - \frac{b}{t} + \sqrt{- \left( b + 1 \right) + \frac{4}{t}}}== - \infty 이므로 조건을 만족시키지 않는다. \therefore a=1a = - 1, b=2b = - 2, c=12\displaystyle c = - \frac{1}{2} (\because ㉡) 즉 limt(a2+b+1)t+2(ab2)+b2tabt+(b+1)+4t\displaystyle \lim\limits _{t \rightarrow \infty} {} \frac{\left( a ^{2} + b + 1 \right) t + 2 \left( ab - 2 \right) + \frac{b ^{2}}{t}}{- a - \frac{b}{t} + \sqrt{- \left( b + 1 \right) + \frac{4}{t}}}=2(ab2)a+(b+1)\displaystyle = \frac{2 \left( ab - 2 \right)}{- a + \sqrt{- \left( b + 1 \right)}}=d= d 에서 d=0d = 0 \therefore a+b+c+da + b + c + d=(1)+(2)+(12)+0\displaystyle = \left( - 1 \right) + \left( - 2 \right) + \left( - \frac{1}{2} \right) + 0=72\displaystyle = - \frac{7}{2}

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