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해설강의 준비중
이화여대 2026학년도 모의 자연계열 II 2번 · mathesis.kr/archive/ewha/2026mo/jayeon2_2
(1) 모든 자연수 n에 대하여 f(n)=1임을 보이시오.풀이: 조건 (가)에 의해 f(0)=∣cos0∣=1이다. 모든 자연수 n에 대해서, 조건 (다)에 의해,f(n)=1+(−31)n(f(2n(n−n)−[2n(n−n)])−1)=1+(−31)n(f(0)−1)=1이다.
(2) 직선 y=98과 함수 y=f(x)의 교점의 개수를 구하시오.풀이: 그래프의 개형을 살펴보고 양수 x를 0<x≤1, 1≤x≤2, 2≤x≤3, 3≤x로 나누어 살펴본다.조건 (다)에 의해 임의의 자연수 n과 0≤k<n인 음이 아닌 정수 k에 대해서,Correction. 두 곳의 0≤k<n은 0≤k<2n의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.n+2nk≤x<n+2nk+1인 실수 x가 [2n(x−n)]=k를 만족하고 0≤2n(x−n)−k<1이므로f(x)=1+(−31)n(f(2n(x−n)−[2n(x−n)])−1)=1+(−31)n(f(2n(x−n)−k)−1)이고 −1≤f(2n(x−n)−k)−1≤0이다.(ㄱ) 만약 3≤x이면 n≥3이고, 0≤k<n인 모든 음이 아닌 정수와n+2nk≤x<n+2nk+1인 실수 x에 대해서 n이 홀수이면 부등식f(x)≥1>98을 만족시키고, n이 짝수이면 부등식f(x)≥1−(−31)n≥8180>98을 만족시킨다. 따라서 3≤x인 실수 x에 대하여 f(x)=98인 실수는 존재하지 않는다.(ㄴ) 만약 0≤x<1이면, f(x)=∣cosπx∣이므로 f(x)=98인 양의 실수 x의 개수는 2이다.(ㄷ) 만약 1≤x<2이면, 위 식에 의해 f(x)=1+(−31)(f(2(x−1)−[2(x−1)])−1)이고 −1≤f(2(x−1)−[2(x−1)])−1≤0이다.따라서 1≤x<2인 실수 x는1=1+(−31)×0≤1+(−31)(f(2(x−1)−[2(x−1)])−1)≤1+(−31)×(−1)=34을 항상 만족하므로 f(x)=98인 실수 x가 이 범위에서는 존재하지 않는다.(ㄹ) 실수 x는 2≤x<3이고 f(x)=98을 만족시킨다고 하자. 위 식에 의해f(4(x−2)−[4(x−2)])=0이다.(a) 2≤x<49인 실수 x에 대하여, 0≤4(x−2)<1이므로 이 범위에서는 x=817만 방정식 f(4(x−2)−[4(x−2)])=f(4(x−2))=∣cos(4πx−8π)∣=0을 만족한다.(b) 49≤x<410인 실수 x에 대하여, 1≤4(x−2)<2이므로 이 범위에서는 x=819만 방정식 f(4(x−2)−[4(x−2)])=f(4(x−2)−1)=∣cos(4πx−9π)∣=0을 만족한다.(c) 410≤x<411인 실수 x에 대하여, 2≤4(x−2)<3이므로 이 범위에서는 x=821만 방정식 f(4(x−2)−[4(x−2)])=f(4(x−2)−2)=∣cos(4πx−10π)∣=0을 만족한다.(d) 411≤x<3인 실수 x에 대하여, 3≤4(x−2)<4이므로 이 범위에서는 x=823만 방정식 f(4(x−2)−[4(x−2)])=f(4(x−2)−3)=∣cos(4πx−11π)∣=0을 만족한다.따라서 2≤x<3인 범위 내에서는 x=817,819,821,823에서만 f(x)=98을 만족한다.(ㄱ), (ㄴ), (ㄷ), (ㄹ)에 따라 f(x)=98을 만족하는 양수인 실수 x의 개수는 6이다. f(0)=1이고 조건 (나)에 의해 함수 f(x)는 f(x)=f(−x)를 만족하므로, f(x)=98을 만족하는 실수 x의 개수는 12이다.
[그림 1]
(3) ∫−33f(x)dx의 값을 구하시오.풀이: 조건 (나)에 의해 함수 f(x)는 f(x)=f(−x)를 만족하므로,∫−33f(x)dx=2∫03f(x)dx이다. 조건 (가)와 (1)에 의해, 모든 0≤x≤1인 실수 x에 대하여 f(x)=∣cosπx∣이므로∫01f(x)dx=∫01∣cosπx∣dx=∫01/2cosπxdx−∫1/21cosπxdx=π2∫0π/2cosxdx=π2이다. 조건 (다)에 의해, 1≤x<23인 실수 x에 대하여, 0≤2x−2<1이므로f(x)=1−31(f(2x−2)−1)=1−31(∣cos(2πx−2π)∣−1)=34−31(∣cos(2πx−2π)∣)이고 23≤x<2인 실수 x에 대하여, 0≤2x−3<1이므로f(x)=1−31(f(2x−3)−1)=1−31(∣cos(2πx−3π)∣−1)=34−31(∣cos(2πx−3π)∣)이다. 따라서∫12f(x)dx=∫13/2f(x)dx+∫3/22f(x)dx=34−31(∫13/2∣cos(2πx−2π)∣dx+∫3/22∣cos(2πx−3π)∣dx)이고 치환적분법에 의해,∫12f(x)dx=34−31(∫13/2∣cos(2πx−2π)∣dx+∫3/22∣cos(2πx−3π)∣dx)=34−31∫01∣cosπx∣dx=34−3π2이다. 비슷하게, 조건 (다)에 의해, 2≤x<49인 실수 x에 대하여, 0≤4x−8<1이므로f(x)=1+91(f(4x−8)−1)=1+91(∣cos(4πx−8π)∣−1)=98+91(∣cos(4πx−8π)∣)이고 49≤x<410인 실수 x에 대하여, 0≤4x−9<1이므로f(x)=1+91(f(4x−9)−1)=1+91(∣cos(4πx−9π)∣−1)=98+91(∣cos(4πx−9π)∣)이고 410≤x<411인 실수 x에 대하여, 0≤4x−10<1이므로f(x)=1+91(f(4x−10)−1)=1+91(∣cos(4πx−10π)∣−1)=98+91(∣cos(4πx−10π)∣)이고 411≤x<3인 실수 x에 대하여, 0≤4x−11<1이므로f(x)=1+91(f(4x−11)−1)=1+91(∣cos(4πx−11π)∣−1)=98+91(∣cos(4πx−11π)∣)이다. 따라서∫23f(x)dx=98+91(∫29/4∣cos(4πx−8π)∣dx+∫9/45/2∣cos(4πx−9π)∣dx+∫5/211/4∣cos(4πx−10π)∣dx+∫11/43∣cos(4πx−11π)∣dx)이고 치환적분법에 의해∫23f(x)dx=98+91∫01∣cosπx∣dx=98+9π2이다. 정리하면,∫−33f(x)dx=2∫03f(x)dx=2(π2+34−3π2+98+9π2)=9π28+940이다.