수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

[문항 2] 다음 제시문을 읽고 문제(논제 1, 논제 2)에 답하시오. (30점)

(ㄱ) 다항함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 함수 g(x)\displaystyle g(x)는 다음과 같다.g(x)={3xx<0, x>3f(x)0≤x≤3\displaystyle g(x)=\begin{cases}3x&x<0,\,x>3\\f(x)&0\leq x\leq3\end{cases}

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 함수 g(x)\displaystyle g(x)에 대하여 함수 h(x)\displaystyle h(x)는 다음과 같다.h(x)=lim⁡t→0+g(x+t)⋅lim⁡t→3+g(x+t)\displaystyle h(x)=\lim_{t\to0+}g(x+t)\cdot\lim_{t\to3+}g(x+t)

(ㄷ) 제시문 (ㄴ)의 함수 h(x)\displaystyle h(x)는 모든 실수 x\displaystyle x에서 연속이고 다음 조건을 만족시킨다.∫−55h(x)dx=600\displaystyle \int_{-5}^{5}h(x)dx=600

논제 1. (10점) 제시문의 다항함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 f(0)+f(3)\displaystyle f(0)+f(3)의 값을 구하고 그 근거를 논술하시오.

논제 2. (20점) 제시문의 다항함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 적분값 ∫03xf(x)dx\displaystyle \int_{0}^{3}xf(x)dx를 구하고 그 근거를 논술하시오.

해설강의 준비중

논제 1.

+5점 · 함수 h(x)\displaystyle h(x)

X=x+t\displaystyle X=x+t로 두면lim⁡x→0+g(x+t)=lim⁡X→x+g(X)\displaystyle \lim_{x\to0+}g(x+t)=\lim_{X\to x+}g(X), lim⁡x→3+g(x+t)=lim⁡X→(3+t)+g(X)\displaystyle \lim_{x\to3+}g(x+t)=\lim_{X\to(3+t)+}g(X)Correction. 두 극한의 x→0+\displaystyle x\to0^+, x→3+\displaystyle x\to3^+는 각각 t→0+\displaystyle t\to0^+, t→3+\displaystyle t\to3^+의 오기이며, 치환한 두 번째 극한의 X→(3+t)+\displaystyle X\to(3+t)^+는 X→(x+3)+\displaystyle X\to(x+3)^+의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.이다. 따라서, 구하고자 하는 함수 h(x)\displaystyle h(x)는 다음과 같다.h(x)={3x(3(x+3))x≥3f(x)(3(x+3))0≤x<33xf(x+3)−3≤x<03x(3(x+3))x<−3\displaystyle h(x)=\begin{cases}3x(3(x+3))&x\geq3\\f(x)(3(x+3))&0\leq x<3\\3xf(x+3)&-3\leq x<0\\3x(3(x+3))&x<-3\end{cases}

+5점 · 함수의 연속

한편, 주어진 함수 h(x)\displaystyle h(x)는 모든 실수에 대해 연속이므로lim⁡x→3+h(x)=lim⁡x→3−h(x)⇒9⋅18=f(3)⋅18\displaystyle \lim_{x\to3+}h(x)=\lim_{x\to3-}h(x)\quad\Rightarrow\quad9\cdot18=f(3)\cdot18lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0−h(x)⇒f(0)⋅9=0\displaystyle \lim_{x\to0+}h(x)=\lim_{x\to0-}h(x)\quad\Rightarrow\quad f(0)\cdot9=0lim⁡x→−3+h(x)=lim⁡x→−3−h(x)⇒−9f(0)=0\displaystyle \lim_{x\to-3+}h(x)=\lim_{x\to-3-}h(x)\quad\Rightarrow\quad-9f(0)=0이어야 하므로, f(0)=0\displaystyle f(0)=0, f(3)=9\displaystyle f(3)=9이다. 따라서, f(0)+f(3)=9\displaystyle f(0)+f(3)=9이다.

논제 2.

+10점 · 함수 h(x)\displaystyle h(x)에 대한 적분값

함수 h(x)\displaystyle h(x)에 대한 적분값 ∫−55h(x)dx\displaystyle \int_{-5}^{5}h(x)dx 는∫−55h(x)dx=∫−5−33x(3(x+3))dx+∫−303xf(x+3)dx+∫03f(x)(3(x+3))dx+∫353x(3(x+3))dx=78+∫−303xf(x+3)dx+∫03f(x)(3(x+3))dx+510=600\displaystyle \begin{aligned}\int_{-5}^{5}h(x)dx&=\int_{-5}^{-3}3x(3(x+3))dx+\int_{-3}^{0}3xf(x+3)dx\\&\quad+\int_{0}^{3}f(x)(3(x+3))dx+\int_{3}^{5}3x(3(x+3))dx\\&=78+\int_{-3}^{0}3xf(x+3)dx+\int_{0}^{3}f(x)(3(x+3))dx+510=600\end{aligned}이므로 ∫−303xf(x+3)dx+∫03f(x)(3(x+3))dx=12\displaystyle \int_{-3}^{0}3xf(x+3)dx+\int_{0}^{3}f(x)(3(x+3))dx=12이다.

+10점 · 치환적분법

한편, 치환적분법에 의해∫−303xf(x+3)dx=∫033(t−3)f(t)dt\displaystyle \int_{-3}^{0}3xf(x+3)dx=\int_{0}^{3}3(t-3)f(t)dt이므로∫−303xf(x+3)dx+∫03f(x)(3(x+3))dx=∫036xf(x)dx=12\displaystyle \int_{-3}^{0}3xf(x+3)dx+\int_{0}^{3}f(x)(3(x+3))dx=\int_{0}^{3}6xf(x)dx=12이다. 따라서,∫03xf(x)dx=2\displaystyle \int_{0}^{3}xf(x)dx=2이다.

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