수리논술, 이게 다다.

자연계열 3-2번

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문제

[문제 3] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

⊙ 미분 가능한 두 함수 f(x),g(x)\displaystyle f(x),g(x)에 대하여 다음과 같은 부분 적분 공식이 성립한다.∫abf′(x)g(x) dx=f(b)g(b)−f(a)g(a)−∫abf(x)g′(x) dx\displaystyle \int_a^bf^{\prime}(x)g(x)\,dx=f(b)g(b)-f(a)g(a)-\int_a^bf(x)g^{\prime}(x)\,dx

⊙ f(1)=f(−1)=0\displaystyle f(1)=f(-1)=0이고 f′(1)=f′(−1)=0\displaystyle f^{\prime}(1)=f^{\prime}(-1)=0을 만족하는 세번 미분 가능한 임의의 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 다음을 만족하는 3차 함수 p(x)=ax3+bx\displaystyle p(x)=ax^3+bx가 있다.∫−11f(3)(x)p(x) dx=6∫−11f(x) dx\displaystyle \int_{-1}^1f^{(3)}(x)p(x)\,dx=6\int_{-1}^1f(x)\,dx여기서, f(k)(x)\displaystyle f^{(k)}(x)는 함수 f(x)\displaystyle f(x)를 x\displaystyle x에 대하여 k\displaystyle k번 미분한 함수를 의미한다.

[문제 3-2] 제시문의 3차 함수 p(x)=ax3+bx\displaystyle p(x)=ax^3+bx를 구하는 과정을 논리적으로 제시하시오. [20점]

해설강의 준비중

수학 문제 3-2 예시 답안

● 제시문의 부분 적분 공식을 3번 적용하고문제 조건 f(1)=f(−1)=0, f′(1)=f′(−1)=0\displaystyle f(1)=f(-1)=0,\ f^{\prime}(1)=f^{\prime}(-1)=0을 이용하면p(1)f(2)(1)−p(−1)f(2)(−1)−6a∫−11f(x) dx=6∫−11f(x) dx\displaystyle p(1)f^{(2)}(1)-p(-1)f^{(2)}(-1)-6a\int_{-1}^1f(x)\,dx=6\int_{-1}^1f(x)\,dx이 나오고p(1)=a+b,p(−1)=−a−b\displaystyle p(1)=a+b,p(-1)=-a-b이므로 다음 식을 얻을 수 있다.(a+b)(f(2)(1)+f(2)(−1))=6(a+1)∫−11f(x) dx(∗)\displaystyle (a+b)(f^{(2)}(1)+f^{(2)}(-1))=6(a+1)\int_{-1}^1f(x)\,dx\quad(*)

● f(x)\displaystyle f(x)를 임의로 정할 수 있기 때문에 항등식이 되려면 a=−1,b=1\displaystyle a=-1,b=1이 되어야 한다.

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