2027학년도 서울과학기술대학교 모의논술고사 (4회)
자연계열 수리논술 4회 (지수·로그함수 교점과 수열 / 함수의 극한 미정계수 결정 / 삼차함수 넓이 공식과 최소 넓이)
시험시간 100분 배점 100점
문제 1 지수함수 그래프 위의 격자점 개수와 등차·등비수열의 합 [총 30점]
[출처: 교과서 본문 대수 Ⅰ-2. 지수함수와 로그함수 (DB: ALG_Ch01_02) PDF p.4 유제 5 변형 | 성취기준: 12대수01-06, 12대수03-02]
[제시문]
(가) 지수함수 $y = 2^x$는 실수 전체의 집합에서 증가하는 일대일대응 함수이며, 자연수 $n$에 대하여 $x = n$일 때의 함숫값 $2^n$은 첫째항이 $2$, 공비가 $2$인 등비수열을 이룬다.

(나) 자연수 $n$에 대하여 직선 $x = n$이 두 곡선 $y = 2^x + n$, $y = 2^{x-1} + 3n$과 만나는 두 점을 각각 $P_n, Q_n$이라 하고, 선분 $P_n Q_n$의 길이를 $l_n$이라 하자.

(다) 자연수 $n$에 대하여 부등식 $2^{x-1} + 3n \le y \le 2^x + n$ ($x = n$)을 만족시키는 정수 $y$의 개수를 $a_n$이라 하자.
[1-1] 제시문 (나)에서 $n = 1, 2, 3, 4$일 때 두 점 $P_n, Q_n$의 $y$좌표의 대소를 비교하고, 선분 $P_n Q_n$의 길이 $l_n$을 $n$의 구간에 따라 구하시오. [9점]
[1-2] 제시문 (다)의 수열 $\{a_n\}$에 대하여 $\sum_{n=3}^{10} a_n$의 값을 구하시오. (단, 등차수열과 등비수열의 합 공식을 이용하시오.) [10점]
[1-3] 자연수 $m$ ($m \ge 3$)에 대하여 $\sum_{n=3}^m l_n > 2000$을 만족시키는 자연수 $m$의 최솟값을 구하시오. [11점]
2027학년도 서울과학기술대학교 모의논술고사 (4회)
자연계열 수리논술 4회 (지수·로그함수 교점과 수열 / 함수의 극한 미정계수 결정 / 삼차함수 넓이 공식과 최소 넓이)
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문제 2 무한대·유한 점에서의 함수의 극한 성질과 다항함수 결정 [총 35점]
[출처: 미래엔 미적분Ⅰ Ⅰ-1. 함수의 극한 (DB: CAL1_Ch01) PDF p.3 유제 5 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-01-01, 12미적Ⅰ-01-02]
[제시문]
(가) 두 함수 $f(x), g(x)$에 대하여 $\lim_{x \to a} \dfrac{f(x)}{g(x)} = L$ ($L$은 실수)이고 $\lim_{x \to a} g(x) = 0$이면 $\lim_{x \to a} f(x) = 0$이다. 또한 $x \to \infty$일 때 유리함수의 극한은 분모와 분자의 최고차항의 차수와 계수에 의해 결정된다.

(나) 다항함수 $f(x)$가 다음 두 극한 조건을 동시에 만족시킨다.
$$\lim_{x \to \infty} \dfrac{f(x) - 2x^3}{x^2 + 1} = -3, \quad \lim_{x \to 2} \dfrac{f(x)}{x^2 - 4} = 5$$

(다) 함수 $g(x) = \dfrac{f(x)}{x - 2}$ ($x \ne 2$)라 하자.
[2-1] 제시문 (가)와 (나)를 이용하여 다항함수 $f(x)$의 차수와 최고차항의 계수를 결정하고, $f(x)$의 식을 구하시오. [12점]
[2-2] 제시문 (다)의 함수 $g(x)$에 대하여 방정식 $g(x) = k$ ($x \ne 2$)가 오직 하나의 실근을 갖도록 하는 실수 $k$의 값을 모두 구하시오. [12점]
[2-3] 실수 $t > 0$에 대하여 닫힌구간 $[-t, t]$에서 도함수 $h(x) = f'(x)$의 최댓값을 $M(t)$라 할 때, $M(t)$를 $t$에 대한 식으로 구하고 극한 $\lim_{t \to 1} \dfrac{M(t) - 20}{t - 1}$의 값을 구하시오. [11점]
2027학년도 서울과학기술대학교 모의논술고사 (4회)
자연계열 수리논술 4회 (지수·로그함수 교점과 수열 / 함수의 극한 미정계수 결정 / 삼차함수 넓이 공식과 최소 넓이)
시험시간 100분 배점 100점
문제 3 삼차함수와 접선으로 둘러싸인 도형의 넓이 최소성 [총 35점]
[출처: 미래엔 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.6 유제 5 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-03-05, 12미적Ⅰ-02-05]
[제시문]
(가) 최고차항의 계수가 $a$ ($a > 0$)인 삼차함수 $y = f(x)$ 위의 점 $(t, f(t))$에서의 접선이 곡선과 다시 만나는 점의 $x$좌표를 $s$ ($s \ne t$)라 하면, 곡선과 접선으로 둘러싸인 도형의 넓이는 $S = \dfrac{a}{12}(t - s)^4$이다.

(나) 삼차함수 $f(x) = x^3 - 3x^2 + 2x$에 대하여 곡선 $y = f(x)$ 위의 점 $P(t, f(t))$ ($t > 1$)에서의 접선을 $l_t$라 하자.

(다) 접선 $l_t$가 곡선 $y = f(x)$와 점 $P$가 아닌 다른 점 $Q(s, f(s))$에서 만날 때, 곡선 $y = f(x)$와 접선 $l_t$로 둘러싸인 도형의 넓이를 $S(t)$라 하자.
[3-1] 제시문 (나)와 (다)에서 점 $Q$의 $x$좌표 $s$를 $t$에 대한 식으로 나타내고, 넓이 $S(t)$를 $t$에 대한 식으로 구하시오. (단, 근과 계수의 관계를 이용하시오.) [11점]
[3-2] $t > 1$일 때 함수 $g(t) = \dfrac{S(t)}{(t - 1)^2} + \dfrac{27}{(t - 1)^2}$의 최솟값과 그때의 $t$의 값을 구하시오. [12점]
[3-3] $t = 2$일 때 점 $P(2, f(2))$에서의 접선의 방정식을 구하고, 곡선 $y = f(x)$와 이 접선으로 둘러싸인 도형의 넓이 $S(2)$를 직접 정적분하여 제시문 (가)의 공식과 일치함을 확인하시오. [12점]