수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

[문항 3] 제시문 (ㄱ)~(ㄹ)을 읽고 문제(논제 1, 논제 2)에 답하시오. (40점)

(ㄱ) 상수 a\displaystyle a에 대하여 다항함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음 식을 만족한다.

∫0x(x−t)f(t)dt=124x4−a6x3+a2+2a8x2\displaystyle \int_0^x(x-t)f(t)dt=\frac1{24}x^4-\frac a6x^3+\frac{a^2+2a}8x^2

(ㄴ) 닫힌 구간 c≤x≤d\displaystyle c\le x\le d에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 최댓값과 최솟값을 구할 때에는 극댓값과 극솟값, 그리고 f(c),f(d)\displaystyle f(c),f(d)의 값을 비교하여 그 중에서 가장 큰 값을 최댓값으로, 가장 작은 값을 최솟값으로 하면 된다. (단, f(x)\displaystyle f(x)는 연속함수)

(ㄷ) 실수 c\displaystyle c에 대하여 [c]\displaystyle [c]는 c\displaystyle c보다 크지 않은 최대의 정수이다.

(ㄹ) 닫힌 구간 c≤x≤d\displaystyle c\le x\le d에서 정의된 함수 g(x)\displaystyle g(x)에 대하여 함수 [g(x)]\displaystyle [g(x)]가 닫힌 구간 c≤x≤d\displaystyle c\le x\le d에서 연속이려면, 어떤 정수 n\displaystyle n에 대하여 다음을 만족하여야 한다.

c≤x≤d\displaystyle c\le x\le d인 모든 x\displaystyle x에 대하여 n≤g(x)<n+1\displaystyle n\le g(x)<n+1

논제 1. (10점) 상수 a\displaystyle a에 대하여 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x)\displaystyle f(x)를 구하시오.

논제 2. (30점) 제시문 (ㄱ)의 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 함수 [f(x)]\displaystyle [f(x)]가 닫힌 구간 0≤x≤2\displaystyle 0\le x\le2에서 연속함수가 되도록 하는 모든 a\displaystyle a의 범위에 대하여 논술하시오. (단, 0<a<1\displaystyle 0<a<1)

해설강의 준비중
+5점

∫0x(x−t)f(t)dt=x∫0xf(t)dt−∫0xtf(t)dt\displaystyle \int_0^x(x-t)f(t)dt=x\int_0^xf(t)dt-\int_0^xtf(t)dt이므로 주어진 등식의 양변을 x\displaystyle x에 대하여 미분하면xf(x)+∫0xf(t)dt−xf(x)=16x3−a2x2+a2+2a4x\displaystyle xf(x)+\int_0^xf(t)dt-xf(x)=\frac16x^3-\frac a2x^2+\frac{a^2+2a}4x⇒∫0xf(t)dt=16x3−a2x2+a2+2a4x.\displaystyle \Rightarrow\quad\int_0^xf(t)dt=\frac16x^3-\frac a2x^2+\frac{a^2+2a}4x.

+5점

위 식의 양변을 x\displaystyle x에 대하여 미분하면f(x)=12x2−ax+a2+2a4\displaystyle f(x)=\frac12x^2-ax+\frac{a^2+2a}4를 얻을 수 있다.

+10점

0<a<1\displaystyle 0<a<1이므로 함수 f(x)=12x2−ax+a2+2a4=12(x−a)2−14(a−1)2+14\displaystyle f(x)=\frac12x^2-ax+\frac{a^2+2a}4=\frac12(x-a)^2-\frac14(a-1)^2+\frac14는 구간 [0,2]\displaystyle [0,2]에서 x=a\displaystyle x=a에서 최솟값 f(a)=−14a2+12a=−14(a−1)2+14\displaystyle f(a)=-\frac14a^2+\frac12a=-\frac14(a-1)^2+\frac14, x=2\displaystyle x=2에서 최댓값 f(2)=14a2−32a+2\displaystyle f(2)=\frac14a^2-\frac32a+2을 갖는다.

+10점

최솟값 f(a)\displaystyle f(a)는 다음을 만족한다.0<f(a)=−14(a−1)2+14≤14<1.\displaystyle 0<f(a)=-\frac14(a-1)^2+\frac14\le\frac14<1.제시문 (ㄹ)에 의하여 구간 [0,2]\displaystyle [0,2]에서 함수 [f(x)]\displaystyle [f(x)]가 연속이기 위해서는f(2)=14a2−32a+2<1\displaystyle f(2)=\frac14a^2-\frac32a+2<1이어야 한다.

+10점

위의 식으로부터(a−3+5)(a−3−5)<0⇒3−5<a<3+5.\displaystyle (a-3+\sqrt5)(a-3-\sqrt5)<0\quad\Rightarrow\quad3-\sqrt5<a<3+\sqrt5.따라서 3−5<a<1\displaystyle 3-\sqrt5<a<1일 때, 구간 [0,2]\displaystyle [0,2]에서 [f(x)]=0\displaystyle [f(x)]=0이 되어 함수 [f(x)]\displaystyle [f(x)]는 연속이다.

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