미적분Ⅰ미분계수와 도함수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

삼차함수 극한 조건

문제

삼차함수 f(x)f \left( x \right)가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) limx1f(x)x1=3\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {\frac{f \left( x \right)}{x - 1} = 3} (나) 11이 아닌 상수 α\alpha에 대하여 limx2f(x)(x2)f(x)=α\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{f \left( x \right)}{\left( x - 2 \right) f' \left( x \right)}} = \alpha이다.

α×f(4)\alpha \times f \left( 4 \right)의 값을 구하시오. [4점]

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18

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해설

[출제의도] 도함수를 이용하여 추론하기 조건 (가)에서 limx1f(x)x1=3\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {\frac{f \left( x \right)}{x - 1} = 3}이고 limx1(x1)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {\left( x - 1 \right)} = 0이므로 limx1f(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {f \left( x \right)} = 0 함수 f(x)f \left( x \right)x=1x = 1에서 연속이므로 f(1)=0f \left( 1 \right) = 0 \cdots \text{㉠} 조건 (나)에서 limx2f(x)(x2)f(x)=α\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{f \left( x \right)}{\left( x - 2 \right) f' \left( x \right)} = \alpha} (α1)\left( \alpha \ne 1 \right)이고 limx2(x2)f(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\left( x - 2 \right) f' \left( x \right) = 0}이므로 limx2f(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2} {f \left( x \right) = 0} 함수 f(x)f \left( x \right)x=2x = 2에서 연속이므로 f(2)=0f \left( 2 \right) = 0 \cdots \text{㉡} ㉠, ㉡에 의해 f(x)=k(x1)(x2)(x+a)f \left( x \right) = k \left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) \left( x + a \right) (k,a( k , a는 상수, k0)k \ne 0 ) f(x)=k{(x2)(x+a)+(x1)(x+a)+(x1)(x2)}f' \left( x \right) = k \left\{ \left( x - 2 \right) \left( x + a \right) + \left( x - 1 \right) \left( x + a \right) + \left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) \right\} a2a \ne - 2라 하면 limx2f(x)(x2)f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{f \left( x \right)}{\left( x - 2 \right) f' \left( x \right)}}=limx2k(x1)(x+a)f(x)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{k \left( x - 1 \right) \left( x + a \right)}{f' \left( x \right)}} =2+a2+a\displaystyle = \frac{2 + a}{2 + a} =1a= 1 \ne a 그러므로 a=2a = - 2이며 f(x)=k(x1)(x2)2f \left( x \right) = k \left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) ^{2} α\alpha=limx2f(x)(x2)f(x)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{f \left( x \right)}{\left( x - 2 \right) f' \left( x \right)}} =limx2k(x1)(x2)2(x2){k(x2)2+2k(x1)(x2)}\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{k \left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) ^{2}}{\left( x - 2 \right) \left\{ k \left( x - 2 \right) ^{2} + 2 k \left( x - 1 \right) \left( x - 2 \right) \right\}}} =limx2x1(x2)+2(x1)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 2} {\frac{x - 1}{\left( x - 2 \right) + 2 \left( x - 1 \right)}} =10+2×1=12\displaystyle = \frac{1}{0 + 2 \times 1} = \frac{1}{2} 조건 (가)에서 limx1f(x)x1=limx1f(x)f(1)x1=f(1)=3\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 1} {\frac{f \left( x \right)}{x - 1} = \lim\limits _{x \rightarrow 1} {\frac{f \left( x \right) - f \left( 1 \right)}{x - 1} = f' \left( 1 \right) = 3}}이므로 k=3k = 3 따라서 α×f(4)=12×(3×3×22)=18\displaystyle \alpha \times f \left( 4 \right) = \frac{1}{2} \times \left( 3 \times 3 \times 2 ^{2} \right) = 18

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