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

수직 접선 정점 빈칸

문제

서로 다른 두 점에서 만나는 두 곡선 C1:y=x22x+2C _{1} : y = x ^{2} - 2 x + 2, C2:y=x2+ax+bC _{2} : y = - x ^{2} + ax + b 의 한 교점을 P\mathrm{P}라 하고, 점 P\mathrm{P}에서 두 곡선 C1C _{1}, C2C _{2}에 접하는 직선을 각각 ll, mm이라 하자. 두 접선 ll, mm이 서로 수직일 때, 곡선 C2C _{2}는 두 실수 aa, bb의 값에 관계없이 일정한 점 Q\mathrm{Q}를 지난다. 다음은 점 Q\mathrm{Q}의 좌표를 구하는 과정이다.

f(x)=x22x+2f \left( x \right) = x ^{2} - 2 x + 2, g(x)=x2+ax+bg \left( x \right) = - x ^{2} + ax + b라 하고, 두 곡선 C1C _{1}, C2C _{2}의 한 교점 P\mathrm{P}xx좌표를 tt라 하자. 두 접선 ll, mm이 서로 수직이므로 f(t)g(t)=1f' \left( t \right) g' \left( t \right) = - 1에서 4t22(a+2)t+()=04 t ^{2} - 2 \left( a + 2 \right) t + {\square {( \text{가} )}} = 0 \cdots \cdotsf(t)=g(t)f \left( t \right) = g \left( t \right)에서 2t2(a+2)t+2b=02 t ^{2} - \left( a + 2 \right) t + 2 - b = 0 \cdots \cdots㉡ ㉠, ㉡에서 b=()ab = {\square {( \text{나} )}} - ay=x2+ax+by = - x ^{2} + ax + b에 대입하고 aa에 관하여 정리하면, a(x1)x2y+()=0a \left( x - 1 \right) - x ^{2} - y + {\square {( \text{나} )}} = 0 \cdots \cdots㉢ ㉢에서 x1=0x - 1 = 0, x2y+()=0- x ^{2} - y + {\square {( \text{나} )}} = 0을 만족시키는 xxyy의 값을 구하면 점 Q\mathrm{Q}의 좌표는 (1,())\left( \mathit{1} , \square {( \text{다} )} \right)이다.

위의 (가)에 알맞은 식을 h(a)h \left( a \right)라 하고, (나)와 (다)에 알맞은 수를 각각 α\alpha, β\beta라 할 때, h(α)×h(β)h ( \alpha ) \times h ( \beta )의 값은? [4점] 4488121216162020

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해설

[출제의도] 미분계수와 접선의 기울기의 관계를 이해하여 식과 값을 추론한다. f(x)=x22x+2f \left( x \right) = x ^{2} - 2 x + 2, g(x)=x2+ax+bg \left( x \right) = - x ^{2} + ax + b라 하고, 두 곡선 C1C _{1}, C2C _{2}의 한 교점 P\mathrm{P}xx좌표를 tt라 하자. 두 접선 ll, mm이 서로 수직이므로 f(t)g(t)=1f' \left( t \right) g' \left( t \right) = - 1에서 4t22(a+2)t+2a1=04 t ^{2} - 2 \left( a + 2 \right) t + {\square {2 a - 1}} = 0 \cdots \cdotsf(t)=g(t)f \left( t \right) = g \left( t \right)에서 2t2(a+2)t+2b=02 t ^{2} - \left( a + 2 \right) t + 2 - b = 0 \cdots \cdots㉡ ㉠, ㉡에서 b=52a\displaystyle b = {\square {\frac{5}{2}}} - ay=x2+ax+by = - x ^{2} + ax + b에 대입하고 aa에 관하여 정리하면, a(x1)x2y+52=0\displaystyle a \left( x - 1 \right) - x ^{2} - y + {\square {\frac{5}{2}}} = 0 \cdots \cdots㉢ ㉢에서 x1=0x - 1 = 0, x2y+52=0\displaystyle - x ^{2} - y + {\square {\frac{5}{2}}} = 0을 만족시키는 xxyy의 값을 구하면 점 Q\mathrm{Q}의 좌표는 (1,32)\displaystyle \left( 1 , {\square {\frac{3}{2}}} \right)이다. \therefore h(a)=2a1h \left( a \right) = 2 a - 1, α=52\displaystyle \alpha = \frac{5}{2}, β=32\displaystyle \beta = \frac{3}{2} 따라서 h(α)×h(β)h \left( \alpha \right) \times h \left( \beta \right)=h(52)×h(32)=4×2=8\displaystyle = h \left( \frac{5}{2} \right) \times h \left( \frac{3}{2} \right) = 4 \times 2 = 8

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