2026학년도 9월 모의평가 수학 미적분 28번 풀이 | 탄젠트 가지와 합성함수 미분

2025년 9월 시행 2026학년도 9모 수학 미적분 28번 손필기 해설입니다. tan g(x)의 끊김값과 sin g(π)=0으로 g의 가지를 고르고, 합성함수 미분과 삼차함수 조건으로 f′(0)=6을 찾아 최종 정답 ②를 얻습니다. Mathlab.kr

정답
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문제

2026학년도 9월 모의평가 수학 미적분 28번 문제
2026학년도 9월 모의평가 수학 미적분 28번 문제 조건
문제 텍스트 객관식

삼차함수 f(x)f(x)와 실수 전체에서 미분가능한 함수 g(x)g(x)가 모든 실수 xx에 대하여

f(x)=g(x)tang(x)f(x)=g(x)-\tan g(x)

이고 다음 조건을 만족시킨다.

(가) f(0)=0,f(π)=0f(0)=0,\quad f''(\pi)=0

(나)

sing(π)=0,limxg(x)=3π2\sin g(\pi)=0,\quad \lim_{x\to\infty}g(x)=\frac{3\pi}{2}

이때 g(0)×(g(0))2g'(0)\times (g(0))^2의 값은?

  1. 12-12
  2. 6-6
  3. 1-1
  4. 33
  5. 99

정답

풀이

풀이 전략

f(x)=g(x)tang(x)f(x)=g(x)-\tan g(x)에서 먼저 볼 대상은 g(x)g(x)가 들어가는 탄젠트의 정의역이다.
tan\tant=π2+kπt=\frac{\pi}{2}+k\pi에서 끊어지므로, 미분가능한 gg는 이 값을 지나갈 수 없다.
그 다음 sing(π)=0\sin g(\pi)=0으로 g(π)g(\pi)nπn\pi로 두고, 합성함수 미분과 삼차함수 조건을 연결해 ff를 확정한다.

g(x)g(x)가 지날 수 없는 값을 먼저 표시해보자

f(x)=g(x)tang(x)f(x)=g(x)-\tan g(x)에서 걸리는 부분은 tang(x)\tan g(x)이다. g(x)g(x)가 어떤 값을 갖는지 전부 알 수는 없지만, tan\tan이 정의되지 않는 값은 먼저 표시할 수 있다.

탄젠트의 끊김값과 g(x)가 머무는 가지를 수직선으로 정리한 그림
3π/2는 tan이 끊어지는 값이므로 g(x)는 한쪽 가지 안에서 접근한다.

그림에서 보이듯 tant\tan tt=π2+kπt=\frac{\pi}{2}+k\pi에서 정의되지 않는다.
그런데 gg는 모든 실수에서 미분가능하므로 연속이고, 원래 식도 모든 실수 xx에서 성립한다.
따라서 g(x)g(x)π2+kπ\frac{\pi}{2}+k\pi 꼴의 값을 지나갈 수 없다.

조건에는 limxg(x)=3π2\lim_{x\to\infty}g(x)=\frac{3\pi}{2}가 있다.
3π2\frac{3\pi}{2}tan\tan이 끊어지는 값이다.
그러므로 xx가 커질 때 g(x)g(x)3π2\frac{3\pi}{2}를 향해 가되, 한쪽 가지 안에서만 움직여야 한다.

이제 H(t)=ttantH(t)=t-\tan t라고 두면 원래 식은 f(x)=H(g(x))f(x)=H(g(x))이다.
가지 안에서 H(t)=1sec2t=tan2tH'(t)=1-\sec^2t=-\tan^2t이므로 HH는 각 가지에서 감소한다.
t=nπt=n\pi이면 tant=0\tan t=0이라서 H(nπ)=nπH(n\pi)=n\pi이고 H(nπ)=0H'(n\pi)=0이다.

sing(π)=0\sin g(\pi)=0이 만드는 값을 nπn\pi로 놓아보자

조건 sing(π)=0\sin g(\pi)=0 g(π)g(\pi)π\pi의 정수배라는 뜻이다.
따라서 어떤 정수 nn에 대하여 g(π)=nπg(\pi)=n\pi라고 둘 수 있다.
이 값은 원래 식과 미분식에서 동시에 정보를 준다.

g(pi)=n pi에서 f'(pi)=0과 삼차함수 형태를 얻는 계산 흐름
sin g(π)=0에서 g(π)=nπ를 두면 f′(π)=0과 삼차함수 형태가 이어진다.

g(π)=nπg(\pi)=n\pi를 원래 식에 넣으면 tang(π)=0\tan g(\pi)=0이므로 f(π)=g(π)=nπf(\pi)=g(\pi)=n\pi이다.
또한 f(x)=H(g(x))f(x)=H(g(x))를 미분하면 f(x)=H(g(x))g(x)=tan2(g(x))g(x)f'(x)=H'(g(x))g'(x)=-\tan^2(g(x))g'(x)이고, g(π)=nπg(\pi)=n\pi에서 tang(π)=0\tan g(\pi)=0이므로 f(π)=0f'(\pi)=0이다.

문제에는 f(π)=0f''(\pi)=0 주어져 있다.
삼차함수 ff에서 x=πx=\pi일 때 일차항과 이차항이 함께 사라지는 상황이므로 f(x)=a(xπ)3+bf(x)=a(x-\pi)^3+b로 쓸 수 있다.
이제 f(0)=0f(0)=0을 넣으면 b=aπ3b=a\pi^3이고, 따라서 f(x)=a(xπ)3+aπ3f(x)=a(x-\pi)^3+a\pi^3이다.

여기에 f(π)=nπf(\pi)=n\pi를 다시 맞추면 aπ3=nπa\pi^3=n\pi이므로 a=nπ2a=\frac{n}{\pi^2}이다.
ff는 삼차함수이므로 a0a\ne0이고, 따라서 n0n\ne0이다.

x>πx>\pi에서 gg가 움직이는 방향을 맞춰보자

여기까지 얻은 정보는 g(π)=nπg(\pi)=n\pi이고 a=nπ2a=\frac{n}{\pi^2}라는 것이다.
이제 limxg(x)=3π2\lim_{x\to\infty}g(x)=\frac{3\pi}{2}와 연결하려면, x>πx>\pi에서 gg가 어느 방향으로 움직이는지 보면 된다.

확정된 형태에서 f(x)=3a(xπ)2f'(x)=3a(x-\pi)^2이다.
또 앞에서 얻은 미분식은 f(x)=g(x)tan2g(x)f'(x)=-g'(x)\tan^2g(x)이다.
a0a\ne0이므로 xπx\ne\pi에서는 f(x)0f'(x)\ne0이다.
이때 tang(x)=0\tan g(x)=0이면 오른쪽이 00이 되어 f(x)f'(x)와 맞지 않으므로, 실제로는 tan2g(x)>0\tan^2g(x)>0으로 보고 부호를 읽을 수 있다.

따라서 a>0a>0이면 g(x)<0g'(x)<0이고, a<0a<0이면 g(x)>0g'(x)>0이다. 그런데 g(π)=nπg(\pi)=n\pi에서 3π2\frac{3\pi}{2}로 갈 때 tan\tan의 끊어지는 값을 지나면 안 된다.
그래서 g(π)g(\pi)3π2\frac{3\pi}{2} 바로 왼쪽 가지의 정수배 π\piπ\pi이거나, 바로 오른쪽 가지의 정수배 π\pi2π2\pi이어야 한다.

n=1과 n=2 후보에서 g의 감소 방향과 3pi/2 접근 가능성을 비교한 그림
g가 감소할 때 g(π)=2π인 경우만 3π/2+ 쪽으로 접근할 수 있다.

연속인 ggx=πx=\pi에서 큰 xx로 이동하는 동안 π2+kπ\frac{\pi}{2}+k\pi 꼴의 끊김값을 넘을 수 없으므로, g(π)g(\pi)3π2\frac{3\pi}{2}에 붙어 있는 두 가지 중 하나에 있어야 한다.

그림의 두 후보처럼 n=1n=1 또는 n=2n=2 비교하면 된다.
둘 다 a>0a>0이므로 x>πx>\pi에서 gg는 감소한다.
g(π)=πg(\pi)=\pi라면 감소하면서 3π2\frac{3\pi}{2}로 갈 수 없다.
g(π)=2πg(\pi)=2\pi라면 2π2\pi에서 감소하여 3π2\frac{3\pi}{2}를 향하는 모습이 된다.

따라서 n=2n=2이고, f(x)=2π2(xπ)3+2πf(x)=\frac{2}{\pi^2}(x-\pi)^3+2\pi이다.

구하려는 모양을 f(0)f'(0)과 맞춰보자

문제에서 묻는 값은 g(0)(g(0))2g'(0)(g(0))^2이다. 앞에서 이미 f(x)=tan2(g(x))g(x)f'(x)=-\tan^2(g(x))g'(x)를 얻었으므로, x=0x=0에서 tang(0)\tan g(0)g(0)g(0)와 어떻게 연결되는지만 확인하면 된다.

f(0)=0과 미분식을 이용해 g'(0)(g(0))^2를 -f'(0)으로 바꾸는 계산
x=0에서 tan g(0)=g(0)이 되어 목표식이 -f′(0)과 연결된다.

조건 f(0)=0f(0)=0을 원래 식에 넣으면 0=g(0)tang(0)0=g(0)-\tan g(0)이므로 tang(0)=g(0)\tan g(0)=g(0)이다.
따라서 f(0)=tan2(g(0))g(0)=(g(0))2g(0)f'(0)=-\tan^2(g(0))g'(0)=-(g(0))^2g'(0)이고, 곧 g(0)(g(0))2=f(0)g'(0)(g(0))^2=-f'(0)이다.

이제 확정된 ff에서 f(0)f'(0) 계산한다.
f(x)=6π2(xπ)2f'(x)=\frac{6}{\pi^2}(x-\pi)^2이므로 f(0)=6f'(0)=6이다.
따라서 목표식은 다음과 같다.

g(0)(g(0))2=6g'(0)(g(0))^2=-6

정답은 ②이다.

원래 조건으로 한 번 더 맞춰보자

확정한 함수는 f(x)=2π2(xπ)3+2πf(x)=\frac{2}{\pi^2}(x-\pi)^3+2\pi이다.
이 함수는 f(0)=0f(0)=0이고, f(x)=12π2(xπ)f''(x)=\frac{12}{\pi^2}(x-\pi)이므로 f(π)=0f''(\pi)=0이다.

g(π)=2πg(\pi)=2\pi이므로 sing(π)=0\sin g(\pi)=0이다.
x>πx>\pi에서 gg는 감소하고, 2π2\pi에서 출발해 3π2\frac{3\pi}{2}를 향하는 가지 안에 놓인다.
이 움직임은 limxg(x)=3π2\lim_{x\to\infty}g(x)=\frac{3\pi}{2} 맞다.

마지막으로 f(0)=0f(0)=0에서 tang(0)=g(0)\tan g(0)=g(0)이 나오고, 미분식에서 f(0)=(g(0))2g(0)f'(0)=-(g(0))^2g'(0)이 나오므로 최종값도 원래 식과 연결된다.

이 문항에서 어려웠던 지점

이 문항에서 당황스러운 부분은 g(x)g(x) 자체를 잡기 어렵다는 데 있다.
이때 tang(x)\tan g(x)가 정의되어야 한다는 조건을 먼저 표시하면, g(x)g(x)π2+kπ\frac{\pi}{2}+k\pi를 지나갈 수 없다는 사실이 보인다.
특히 극한값 3π2\frac{3\pi}{2}가 바로 끊어지는 지점이라는 점이 가지 선택을 만든다.

sing(π)=0\sin g(\pi)=0g(π)=nπg(\pi)=n\pi를 만들고, 그 순간 tang(π)=0\tan g(\pi)=0이 되어 f(π)=0f'(\pi)=0까지 함께 나온다.
이 값이 f(π)=0f''(\pi)=0과 결합하면서 삼차함수 ff의 모양이 a(xπ)3+ba(x-\pi)^3+b로 줄어든다.

비슷한 합성 삼각함수 문제에서는 먼저 정의되지 않는 값을 수직선에 표시하고, 특수값에서 미분식의 어떤 항이 사라지는지 확인하는 흐름을 가져가면 된다.

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