대수지수함수와 로그함수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

로그함수 그래프와 평행

문제

0\mathrm{0}이 아닌 실수 전체의 집합에서 정의된 함수 f(x)={log4(x)(x<0)2log2x(x>0)\displaystyle f \left( x \right) = {\begin{cases} \log _{4} \left( - x \right) & & \left( x < 0 \right) \\ 2 - \log _{2} x & & \left( x > 0 \right) \end{cases}} 이 있다. 직선 y=ay = a와 곡선 y=f(x)y = f ( x )가 만나는 두 점 A{\mathrm{A}}, B{\mathrm{B}}xx좌표를 각각 x1x _{1}, x2(x1<x2)x _{2} \left( x _{1} < x _{2} \right)라 하고, 직선 y=by = b와 곡선 y=f(x)y = f ( x )가 만나는 두 점 C{\mathrm{C}}, D{\mathrm{D}}xx좌표를 각각 x3x _{3}, x4(x3<x4)x _{4} \left( x _{3} < x _{4} \right)라 하자. x2x1=12\displaystyle \left| \frac{x _{2}}{x _{1}} \right| = \frac{1}{2}이고 두 직선 AC{\mathrm{AC}}BD{\mathrm{BD}}가 서로 평행할 때, x4x3\displaystyle \left| \frac{x _{4}}{x _{3}} \right|의 값은? (단, aa, bbaba \ne b인 상수이다.) [4점] 3+33\displaystyle 3 + 3 \sqrt{3}5+23\displaystyle 5 + 2 \sqrt{3}4+33\displaystyle 4 + 3 \sqrt{3}6+23\displaystyle 6 + 2 \sqrt{3}5+33\displaystyle 5 + 3 \sqrt{3}

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해설

a=log4(x)a = \log _{4} ( - x )에서 x1=4ax _{1} = - 4 ^{a} a=2log2xa = 2 - \log _{2} x에서 x2=22ax _{2} = 2 ^{2-a} x2x1=12\displaystyle \left| \frac{x _{2}}{x _{1}} \right| = \frac{1}{2}이므로 223a=212 ^{2-3a} = 2 ^{-1}, a=1a = 1 \thereforeA(4,1)\mathrm{A} \mathit{\left( - 4 , 1 \right)}, B(2,1)\mathrm{B} \mathit{\left( 2 , 1 \right)}

b=log4(x)b = \log _{4} ( - x )에서 x3=4bx _{3} = - 4 ^{b} b=2log2xb = 2 - \log _{2} x에서 x4=22bx _{4} = 2 ^{2-b} \thereforeC(4b,b)\mathrm{C} \mathit{\left( - 4 ^{b} , b \right)}, D(22b,b)\mathrm{D} \mathit{\left( 2 ^{2 - b} , b \right)} 두 직선 AC\mathrm{AC}BD\mathrm{BD}가 서로 평행하므로 1b4+4b=1b222b\displaystyle \frac{1 - b}{- 4 + 4 ^{b}} = \frac{1 - b}{2 - 2 ^{2-b}} 1b01 - b \neq 0이므로 4+4b=222b- 4 + 4 ^{b} = 2 - 2 ^{2-b} 양변에 2b2 ^{b}을 곱한 후 정리하면 23b6×2b+4=02 ^{3b} - 6 \times 2 ^{b} + 4 = 0 2b=X2 ^{b} = X(X>0,X2)\left( X > 0 , X \ne 2 \right)로 놓으면 X36X+4=0X ^{3} - 6 X + 4 = 0. (X2)(X2+2X2)=0\left( X - 2 \right) \left( X ^{2} + 2 X - 2 \right) = 0 \thereforeX=1+3\displaystyle X = \mathit{-} 1 + \sqrt{3} 따라서 2b=1+3\displaystyle 2 ^{b} = \mathit{-} 1 + \sqrt{3}이므로 x4x3\displaystyle \left| \frac{x _{4}}{x _{3}} \right|=22b4b\displaystyle = \left| \frac{2 ^{2-b}}{- 4 ^{b}} \right|=223b= 2 ^{2-3b}=4(12b)3\displaystyle = 4 \left( \frac{1}{2 ^{b}} \right) ^{3}=4(3+12)3\displaystyle = 4 \left( \frac{\sqrt{3} + 1}{2} \right) ^{3} =5+33\displaystyle = 5 + 3 \sqrt{3}

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