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도함수의 활용(1)

10

1 접선의 방정식

함수 f(x)가 x=a에서 미분가능할 때, 다음이 성립한다.

⑴ 접선의 기울기와 미분계수의 관계

곡선 y=f(x) 위의 점 P(a, f(a))에서의 접선의 기울기는 x=a에서의 미분계수 f '(a)`와 같다.

⑵ 접선의 방정식

곡선 y=f(x) 위의 점 P(a, f(a))에서의 접선의 방정식은 y-f(a)=f '(a)(x-a)

3 롤의 정리

함수 f(x)가 닫힌 구간[a, b]에서 연속이고 열린 구간 (a, b)에서 미분가능할 때, f(a)=f(b)이면

f '(c)=0

인 c가 a와 b 사이에 적어도 하나 존재한다.

4 평균값의 정리

함수 f(x)가 닫힌 구간 [a, b]에서 연속이고 열린 구간 (a, b)에서 미분가능하면

=f '(c)

인 c가 a`와 b 사이에 적어도 하나 존재한다.

f(b)-f(a) b-a

2 접점을 지나고 접선에 수직인 직선의 방정식

함수 f(x)가 x=a에서 미분가능할 때, 곡선 y=f(x) 위의 점 P(a, f(a))를 지나고, 점 P에서의 접선에 수직인 직선의 방정식은

y-f(a)=- 1 (x-a)(단, f'(a)+0) f '(a)

f(a)

y=f(x)

O

P(a,`f(a))

a y

x

f(a)

y=f(x)

O

P(a,`f(a))

a y

x

f(a)=f(b)

y=f(x)

O a c™ b

y

x

O a

`f(a)

`f(b)

y=f(x)

c b

y

x

10 도함수의 활용`⑴

87

유형

1

곡선 위의 점에서의 접선의 방정식

출제유형 미분을 이용하여 곡선 위의 한 점에서의 접선의 방정식을 구하는 문제가 출제된다.

출제유형잡기 곡선 위의 점 (x¡, f(x¡))에서의 접선의 기 울기 f'(x¡)`을 구하고 이를 이용하여 접선의 방정식 y-f(x¡)=f '(x¡)(x-x¡)을 구한다.

필수유형

곡선 y=tan x 위의 점{;4“;, 1}에서의 접선이 곡선 y=-x¤ +a에 접할 때, 상수 a의 값은?

① -;6“; ② -;4“; ③ -;3“;

④ -;2“; ⑤ -p

|출제의도| 곡선 위의 주어진 점에서의 접선의 방정식을 구할 수 있는지를 묻는 문제이다.

|풀이|

곡선 y=tan x에서 y'=sec¤ x이므로 점 {;4“;, 1}에서의 접선의 기울 기는

sec¤ ;4“;= = = =2

따라서 점 {;4“;, 1}에서의 접선의 방정식은

y-1=2 {x-;4“;} ∴ y=2x-;2“;+1 yy` 직선 ㉠이 곡선 y=-x¤ +a에 접하므로

2x-;2“;+1=-x¤ +a

x¤ +2x-;2“;+1-a=0` yy`

㉡이 중근을 가지므로 이 방정식의 판별식을 D라 하면

=1-{-;2“;+1-a}=;2“;+a=0

∴ a=-;2“;

D

4

1

;4@;

1 '2 {12}¤

2 1

cos¤ ;4“;

곡선 y=sec x` 위의 점 {;3“;, 2}에서의 접선의 기울기 가 m일 때, 실수 m의 값은?

① '3 ② 2'3 ③ 3'3

④ 4'3 ⑤ 5'3

0 1

함수 y='2 sin x 위의 점 {;4“;, 1}에서의 접선이 원 (x-a)¤ +{y-;4“;}¤ =1의 중심을 지날 때, 상수 a의 값 은?

① ② ③

④ ;2“;-1 ⑤ p-1

p-1 2 p-2

4 p-1

4

0 2

유형

2

기울기가 주어진 접선의 방정식

출제유형 접선의 기울기를 이용하여 접점의 좌표를 구하고 이를 이용하여 접선의 방정식을 구하는 문제가 출제된다.

출제유형잡기 주어진 기울기 m이 되도록 하는 접점의 x`좌 표 x=t를 구한 후 y-f(t)=m(x-t)로 접선의 방정 식을 구한다.

필수유형

곡선 y=x‹ -x+1에 접하고 기울기가 2인 접선은 2개 있다.

이 두 접선의 방정식을 각각 y=2x+a, y=2x+b라 할 때, 두 상수 a, b에 대하여 a-b의 값은? (단, a>b)

① 1 ② 2 ③ 3

④ 4 ⑤ 5

|출제의도| 기울기가 주어진 접선의 방정식을 구할 수 있는지를 묻는 문제이다.

|풀이|

함수 y=x‹ -x+1에서 y'=3x¤ -1이므로 기울기가 2인 접선의 접 점의 x좌표를 t라 하면

3t¤ -1=2 3t¤ =3, t¤ =1 t=-1 또는 t=1

그러므로 접점의 좌표는 (-1, 1), (1, 1)이다.

점 (-1, 1)에서의 접선의 방정식은 y-1=2 {x-(-1)}

y=2x+3

점 (1, 1)에서의 접선의 방정식은 y-1=2(x-1)

y=2x-1

따라서 a=3, b=-1(∵ a>b)이므로 a-b=4

곡선 y=xe¤ ≈ +sin 3x-3 위의 점 (0, -3)에서의 접

선과 x`축과의 교점의 좌표가 (a, 0)일 때, 상수 a의 값 은?

① -1 ② -;4#; ③ ;2!;

④ ;4#; ⑤ 1

0 3

최고차항의 계수가 1인 삼차함수 f(x)에 대하여 곡선 y=f(x)와 직선 y=x+2가 x=-1, x=2, x=5에서 그림과같이만나고 있다. 곡선 y=f(x) 위의 점

(2, f(2))에서의 접선의 방정식이 y=ax+b일 때, 두 상수 a, b에 대하여 a+b의 값은?

0 4

① 8 ② 10 ③ 12

④ 14 ⑤ 16

y=f(x)

y=x+2

O 2 5

y

_1 x 신유형

10 도함수의 활용`⑴

89

그림과 같이 곡선 y=e≈ +e—≈ 위를 움직이는 점 P(a, b)가 있다. 점 P와 두 점 A(0, -3), B(2, 0)에 대하여 삼각형 PAB의 넓이가 최소가 되게 하는 상수 a 의 값은?

0 9

곡선 y=ln(x-1)에 접하고 직선 y=x+2에 평행한 직선의 y절편은?

① -3 ② -2 ③ -1

④ 1 ⑤ 2

0 5

곡선 y=tan x {0<x<;2“;}에 접하고 직선

x+2y+3=0에 수직인 직선의 방정식은 y=ax+b이 다. 두 상수 a, b에 대하여 a-2b의 값은?

① -2p ② -p ③ 0

④ p ⑤ 2p

0 6

곡선 y=cos x {-;2“;<x<;2“;}에 접하고 기울기가 - 인 접선의 방정식은 '3x+2y=a이다. 이때, 상 수 a의 값은?

① 1+;3“; ② 1+ p ③ '3+;3“;

④ '3+'3p ⑤ 2+;3“;

3

'3 3 '3

2

0 8

두 곡선 y=e≈ 과 y=x¤ 에 대하여 기울기가 1인 접선의 방정식을 각각 y=x+a, y=x+b라 할 때, a-b의 값 은? (단, a, b는 상수이다.)

① ;4!; ② ;2!; ③ ;4#;

④ 1 ⑤ ;4%;

0 7

;e!; ② ln 2 ③ 1

④ ln 3 ⑤ 2ln 2

O 2

B P

A _3

y y=e≈¿¿+e—≈

x

유형

3

매개변수로 나타내어진 함수에서의 접선의 방정식 x=1-cos `h, y=h-sin h

에 대하여 h=;3“;에 대응하는 점에서의 접선의 방정식이

x=1-cos ;3“;=1-;2!;=;2!;

y=;3“;-sin

;3“;=;3“;-이므로 접점의 좌표는 {;2!;, ;3“;- }이고

=sin`h, =1-cos h

= =

10 도함수의 활용`⑴

91

유형

4

곡선 밖의 점에서의 접선의 방정식

출제유형 미분을 이용하여 곡선 밖의 점에서 곡선에 그은 접선의 방정식을 구하는 문제가 출제된다.

출제유형잡기 미분을 이용하여 함수 f(x)의 도함수를 구 하고 접점의 좌표 (t, f(t))에서 접선의 방정식

y-f(t)=f '(t)(x-t)를 구한다. 이때, 이 접선이 곡선 밖의 점 (x¡, y¡)을 지나는 조건을 이용하여 t의 값을 구 한 후 접선의 방정식에 대입한다.

필수유형

점 (-1, 0)에서 곡선 y=ln(x+1)에 그은 접선의 방정식을 y=f(x)라 할 때, f(2)의 값은?

① ;e!; ② ;e@; ③ ;e#;

④ ;e$; ⑤ ;e%;

|출제의도| 곡선 밖의 점에서 곡선에 그은 접선의 방정식을 구 할 수 있는지를 묻는 문제이다.

|풀이|

함수 y=ln(x+1)에서 y'= 이므로 접점의 좌표를 (t, ln(t+1))이라 하면 접선의 방정식은

y-ln(t+1)= (x-t) yy

㉠은 점 (-1, 0)을 지나므로 0-ln(t+1)= (-1-t) -ln(t+1)=-1, ln(t+1)=1

t+1=e, t=e-1 yy

㉡을 ㉠에 대입하면 y-ln e=;e!;{x-(e-1)}

y-1=;e!;(x-e+1), y=;e!;x+;e!;

∴ f(x)=;e!;x+;e!;

∴ f(2)=;e#;

1

t+1 1 t+1

1 x+1

점 (0, -1)에서 곡선 y=lnx+x에 그은 접선의 방 정식이 y=ax+b일 때, 두 상수 a, b에 대하여 ab의 값 은?

① -4 ② -2 ③ 2

④ 4 ⑤ 8

13

점 (2, 2)를 지나고 곡선 y= 에 접하는 직선은 2개 있다. 두 접선의 기울기를 각각 m¡, m™라 할 때, m¡+m™의 값은?

① ;3@; ② ;9&; ③ ;9*;

④ ;;¡9º;; ⑤ ;;¡9¡;;

x

14

x+1

원점에서 두 곡선 y=e≈ , y=ln x에 그은 두 접선이 이 루는 예각을 h라 할 때, tan h의 값은?

① e-;e!;③ ;2!;{e-;e!;}

e+1 ⑤ ;2!;{;e!;+1}

2

e-2 e

15

유형

5

두 곡선이 공통접선을 가질 조건

출제유형 미분을 이용하여 두 곡선이 공통접선을 가지도 록 하는 조건을 구하는 문제가 출제된다.

출제유형잡기 미분을 이용하여 두 함수 y=f(x)와 y=g(x)의 도함수 f'(x)와 g'(x)를 구하고 접점의 x좌 표를 x=t라 하면 f(t)=g(t), f'(t)=g'(t)임을 이용 하여 접점의 x좌표와 미지수의 값을 구한다.

필수유형

x>0에서 두 함수

f(x)=x‹ +2x¤ +ax, g(x)=2x¤ +a+1

의 그래프가 x=t에서 공통접선을 가질 때, 두 상수 a, t에 대 하여 a+t의 값은?

① -1 ② -2 ③ -3

④ -4 ⑤ -5

|출제의도| 미분을 이용하여 주어진 두 곡선이 공통접선을 가 지도록 하는 조건을 묻는 문제이다.

|풀이|

두 함수 f(x)=x‹ +2x¤ +ax,g(x)=2x¤ +a+1에서 f '(x)=3x¤ +4x+a, g'(x)=4x

두 곡선 y=f(x)와 y=g(x)의 접점의 x좌표를 x=t(t>0)라 하면 f(t)=g(t), f'(t)=g'(t)이므로

f(t)=g(t)에서

t‹ +2t¤ +at=2t¤ +a+1

t‹ +at=a+1 yy

¤f '(t)=g'(t)에서

3t¤ +4t+a=4t

a=-3t¤ yy

㉡을 ㉠에 대입하면 t‹ +(-3t¤ )t=-3t¤ +1 t‹ -3t‹ =-3t¤ +1 2t‹ -3t¤ +1=0 (t-1)¤ (2t+1)=0

∴ t=1 (∵ t>0) yy

㉢을 ㉡에 대입하면 a=-3

∴ a+t=-3+1=-2

0<x<;2“;에서 두 함수 f(x)=sin x와

g(x)=-cos x+a의 그래프가 한 점에서 접할 때, 상 수 a의 값은?

① 1 ② '2 ③ '3

④ 2 ⑤ '5

16

직선 y=mx가 점 P(a, b)에서 곡선 y=e;2{;과 서로 접할 때, 점 P를 지나고 직선 y=mx에 수직인 직선의 y 절편은? (단, m은 상수이다.)

① e+;e!; ② e+;e@; ③ e+;e$;

④ 2e+;e!; ⑤ 2e+;e@;

17

두 곡선 y=;2¡e;x¤ +a와 y=bx-3x ln x가 x=e에 서 공통접선을 가질 때, 두 상수 a, b에 대하여 ;7™e;a+b 의 값을 구하시오.

18

10 도함수의 활용`⑴

93

유형

6

평균값의 정리

출제유형 미분을 이용하여 평균값의 정리를 만족시키는 c 의 값을 구하는 문제가 출제된다.

출제유형잡기 함수 f(x)가 닫힌 구간 [a, b]에서 연속이고, 열린 구간 (a, b)에서 미분가능하면 =f '(c) 를 만족시키는 c가 열린 구간 (a, b)에 적어도 하나 존재 함을 이용한다.

f(b)-f(a) b-a

필수유형

함수 f(x)=e≈ 에 대하여 등식

=f '(1+hh)(0<h<1, h>0) 를 만족시키는 h를 h에 관한 식으로 옳게 나타낸 것은?

① ln(e˙ +1) ② ln(e˙ -1) ③ ;h!; ln(e˙ -1)

④ ln` ⑤ ;h!; ln`e˙ -1 h e˙ -1

h

f(1+h)-f(1) h

|출제의도| 평균값의 정리를 응용한 문제를 풀 수 있는지를 묻 는 문제이다.

|풀이|

f '(x)=e≈ 이므로 f '(1+hh)=e1+hh

=f '(1+hh)에서

=e1+hh

=e¥ehh

ehh=

식의 양변에 자연로그를 취하면 hh=ln

∴ h=;h!; ln

함수 f(x)는 모든 실수 x에 대하여 미분가능하므로 함수 f(x)는 닫힌 구간 [1, 1+h]에서 연속이고, 열린 구간 (1, 1+h)에서 미분가능하 다.

따라서 평균값의 정리에 의하여

=f '(c) (1<c<1+h) 를 만족시키는 c가 적어도 하나 존재한다.

f(1+h)-f(1) h

e˙ -1 h e˙ -1

h e˙ -1

h e(e˙ -1)

h e⁄ ±˙ -e

h

f(1+h)-f(1) h

함수 y=sin x에 대하여 닫힌 구간[-;6%;p, ;6%;p]에서 평균값의 정리를 만족시키는 상수를 각각 c¡, c™라 할 때, cos (c¡+c™)의 값은?

① 0 ② ;2!;

'3 ⑤ 1

2

'2 2

19

함수 f(x)= 에 대하여 집합 A를

A=[a|a= , 2…x¡<x™…3]

으로 정의할 때, 다음 중 옳은 것은?

① -;4(;<A ② -;4%;<A ③ -;4!;<A

④ ;4#;<A ⑤ ;4&;<A f(x™)-f(x¡)

x™-x¡

x+1

20

x-1 신유형

참고