+2점 · 닫힌구간 [a,b]에서 정의된 연속함수 f(x)에 대하여 다음의 적분과 미분의 관계를 언급한다.
dxd∫axf(t)dt=f(x)(a<x<b)3-(1) −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 함수 H(x)가 연속임을 보이시오.[풀이]닫힌구간 [a,b]에서 정의된 연속함수 f(x)에 대하여 적분과 미분의 관계에 의해 다음을 알 수 있다.dxd∫axf(t)dt=f(x)(a<x<b)
+2점 · 미분가능한 함수는 연속임을 언급한다.−1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 F(x)=∫−1xf(t)dt라 하면, 위 성질로부터 함수 F(x)는 −1<x<2에서 미분가능하고, 따라서 연속이다.
+3점 · 함수 H(x)가 열린구간 (−1,2)에서 연속이라는 결론을 도출한다.정적분의 성질에 의해 함수 H(x)는 다음과 같이 쓸 수 있다.H(x)=2(F(x)−∫−10f(t)dt)−∫01f(t)dt=2F(x)−2∫−10f(t)dt−∫01f(t)dt …… ①함수 F(x)가 열린구간 (−1,2)에서 연속이고 연속함수의 성질에 의해 함수 H(x)도 그 구간에서 연속이다.
+3점 · ∫01H(x)dx=∫011⋅H(x)dx이고 1=dxdx임을 언급한다.3-(2) 다음 등식이 성립함을 보이시오.∫01H(x)dx=∫01(1−2x)f(x)dx[풀이] 상수 A=−2∫−10f(t)dt−∫01f(t)dt=−2∫−11f(t)dt+∫01f(t)dt라 하자. ①로부터 H(x)=2F(x)+A임을 알 수 있고, dxdx=1이므로
+3점 · 부분적분법을 이용하여 ∫01H(x)dx=[xH(x)]01−2∫01xf(x)dx의 형태로 표현한다.부분적분법을 이용하면 다음을 보일 수 있다.∫01H(x)dx=∫01(1⋅(2F(x)+A))dx=2F(1)+A−2∫01xF′(x)dx
+3점 · [xH(x)]01=∫01f(x)dx 보이고 ∫0cf(x)dx=∫c1f(x)dx이라는 결론을 도출한다.Correction. 이 단계의 결론은 ∫01H(x)dx=∫01(1−2x)f(x)dx이다. (3)의 결론이 잘못 들어갔다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
이때, 2F(1)+A=H(1)=∫01f(x)dx이고 F′(x)=f(x)이므로 다음 등식이 성립한다.∫01H(x)dx=∫01(1−2x)f(x)dx
+1점 · ∫01H(x)dx=0임을 언급한다.3-(3) ∫01f(x)dx=2∫01xf(x)dx일 때, 다음 등식을 만족시키는 c가 열린구간 (0,1)에 적어도 하나 존재함을 보이시오.∫0cf(x)dx=∫c1f(x)dx[풀이]주어진 조건과 문항 (2)의 결과로부터 ∫01H(x)dx=0임을 알 수 있다.
+4점 · 함수 H(x)의 한 부정적분이 닫힌구간 [0,1]에서 롤의 정리 조건을 만족함을 언급한다.함수 G(x)를 닫힌구간 [−1,2]에서 다음과 같이 정의하자.G(x)=∫−1xH(t)dt그러면 함수 G(x)는 열린구간 (−1,2)에서 미분가능하고, 따라서 그 구간에서 연속이다. 또한, −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 G′(x)=H(x)를 만족한다. 이때, ∫01H(x)dx=0이므로G(0)=∫−10H(t)dt,G(1)=∫−11H(t)dt=∫−10H(t)dt+∫01H(t)dt=∫−10H(t)dt이다. 따라서 G(0)=G(1)이다.
+4점 · 롤의 정리로부터 H(c)=0을 만족시키는 c가 열린구간 (0,1)에 적어도 하나 존재함을 언급한다.함수 G(x)가 닫힌구간 [0,1]에서 연속이고, 열린구간 (0,1)에서 미분가능하므로 롤의 정리에 의해 G′(c)=0인 c가 열린구간 (0,1)에서 적어도 하나 존재한다.
+1점 · ∫0cf(x)dx=∫c1f(x)dx이라는 결론을 도출한다.H(c)=G′(c)=0이므로 함수 H(x)의 정의에 의해 다음 등식이 성립한다.∫0cf(x)dx=∫c1f(x)dx
+2점 · −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 f(x)=0일 때, 임의의 구간에서의 함수 f(x)의 정적분 값이 0임을 언급하고 −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 H(x)=0이라는 결론을 도출한다.3-(4) −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여f(x)=0⇔H(x)=0임을 보이시오.[풀이]−1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 f(x)=0이면 ∫0xf(t)dt−∫x1f(t)dt=0이므로, −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 H(x)=0이다.
+2점 · −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 H(x)=0일 때, 함수 f(x)의 한 부정적분이 상수함수임을 언급하고 −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 f(x)=0이라는 결론을 도출한다.역으로, −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 H(x)=0이면 H(x)=2F(x)+A이므로 F(x)=−2A이다. 따라서 −1<x<2인 모든 실수 x에 대하여 f(x)=F′(x)=0이다.