모든 실수 x,y에 대해 만족하는 다음 식f(x+y)−f(x−y)=2f(y)f′(x)을 식(1)이라고 하자.
1단계 · 모든 실수 x,y에 대해 만족하는 다음 식f(x+y)−f(x−y)=2f(y)f′(x)을 식(1)이라고 하자.f′(0)의 값을 구할 수 있다.식 (1)을 0이 아닌 실수 y로 나누고 f(0)=0임을 이용하면2yf(x+y)−f(x−y)=yf(y)−f(0)f′(x)이다. y가 0으로 가까이 가면y→0lim2yf(x+y)−f(x−y)=y→0limyf(y)−f(0)f′(x)미분계수의 정의에 의해f′(x)=f′(0)f′(x)이므로 f′(0)=1 또는 f′(x)는 상수함수 0이다. f(0)=0이고 f(1)=a>0이므로 f′(x)는 상수함수 0이 될 수 없다. 따라서 f′(0)=1이다.[1단계]식 (1)을 0이 아닌 실수 y로 나누고 f(0)=0임을 이용하면2yf(x+y)−f(x−y)=yf(y)−f(0)f′(x)이다. y가 0으로 가까이 가면y→0lim2yf(x+y)−f(x−y)=y→0limyf(y)−f(0)f′(x)미분계수의 정의에 의해f′(x)=f′(0)f′(x)이므로 f′(0)=1 또는 f′(x)는 상수함수 0이다. f(0)=0이고 f(1)=a>0이므로 f′(x)는 상수함수 0이 될 수 없다. 따라서 f′(0)=1이다.
2단계 · f′′(0)의 값을 구할 수 있다.식 (1)에 x=0을 대입하면 f(y)=−f(−y)를 유도할 수 있고, 양변을 y에 관하여 미분하면 f′(y)=f′(−y)를 얻는다. 식(1)에 y=1을 대입하면f(x+1)−f(x−1)=2f(1)f′(x)f(1)=a를 대입하고 위 식을 x에 대하여 미분하면f′(x+1)−f′(x−1)=2af′′(x)이다. x=0을 대입하고 f′(y)=f′(−y)임을 이용하면,2af′′(0)=f′(1)−f′(−1)=0이므로 f′′(0)=0이다.[2단계 다른 풀이] 와 같이 풀 수도 있다.[2단계]식 (1)에 x=0을 대입하면 f(y)=−f(−y)를 유도할 수 있고, 양변을 y에 관하여 미분하면 f′(y)=f′(−y)를 얻는다. 식(1)에 y=1을 대입하면f(x+1)−f(x−1)=2f(1)f′(x)f(1)=a를 대입하고 위 식을 x에 대하여 미분하면f′(x+1)−f′(x−1)=2af′′(x)이다. x=0을 대입하고 f′(y)=f′(−y)임을 이용하면,2af′′(0)=f′(1)−f′(−1)=0이므로 f′′(0)=0이다.
3단계 · ∫02f(x)dx의 값을 구할 수 있다.식 (1)에서 y=x를 대입하면 모든 실수 x에 대해 f(2x)=2f(x)f′(x)이고∫02f(x)dx=∫012f(2t)dt=∫014f(t)f′(t)dt=[2{f(t)}2]01=2({f(1)}2−{f(0)}2)=2a2을 유도할 수 있다.[3단계]식 (1)에서 y=x를 대입하면 모든 실수 x에 대해 f(2x)=2f(x)f′(x)이고∫02f(x)dx=∫012f(2t)dt=∫014f(t)f′(t)dt=[2{f(t)}2]01=2({f(1)}2−{f(0)}2)=2a2을 유도할 수 있다.
| 배점 | 채점 기준 |
|---|
| 상 | S | 세 단계를 모두 보이고 논증이 매끄러운 경우 |
| 상 | A | 세 단계를 모두 보였으나 논증이 매끄럽지 않은 경우 |
| 중 | B | 세 단계 중 두 단계를 보이고 논증이 매끄러운 경우 |
| 중 | C | 세 단계 중 두 단계를 보였으나 논증이 매끄럽지 않은 경우 |
| 중 | D | 세 단계 중 한 단계를 보이고 논증이 매끄러운 경우 |
| 하 | E | 세 단계 중 한 단계를 보였으나 논증이 매끄럽지 않은 경우 |
| 하 | F | 어느 단계도 맞게 진술하지 못한 경우, 백지인 경우 |