+5점 · x→0+limxx=1을 활용하여 x→0+limg(x)=x→0+limlnf(x)=0을 구함.2-(1) x→0+limf(x)와 x→∞limf(x)의 값을 각각 구하시오. (단, x→0+limxx=1이다.)[풀이] 양의 실수 x에 대해, x+6x>0이므로 f(x)=(x+6x)x>0이므로 함수g(x)=lnf(x)=xlnx−xln(x+6)이 잘 정의된다. x→0+limxx=1이고 xlnx=ln(xx)이므로 x→0+limxlnx=ln1=0이다. 또한x→0+limxln(x+6)=0⋅ln6=0이다. 따라서x→0+limg(x)=x→0+limxlnx−x→0+limxln(x+6)=0−0=0이다. f(x)=eg(x)이므로 x→0+limf(x)=e0=1이다.
+5점 · x→∞limf(x)=e−6임을 구함.그리고x→∞limf(x)=x→∞lim(x+6x)x=x→∞lim((1+x61)6x)6=e61=e−6이다.
+5점 · 함수 f(x)의 도함수 또는 lnf(x)의 도함수를 정확히 구함.2-(2) 함수 f(x)는 구간 (0,∞)에서 감소함을 보이시오.[풀이] 함수 g(x)=lnf(x)=xlnx−xln(x+6)이 양의 실수 전체의 집합에서 미분가능하므로g′(x)=lnx−ln(x+6)+1−x+6x=ln(x+6x)+x+66=ln(1−x+66)+x+66이다.
+5점 · 구간 (0,∞)에서 f′(x)<0임을 보여서 f(x)가 감소함수임을 논함. 또는 lnf(x)의 도함수 f′(x)/f(x)<0임을 보이고 f(x)>0임을 정확히 언급하여 구간 (0,∞)에서 f′(x)<0임을 결론적으로 보여서 f(x)가 감소함수임을 논함.함수 h(y)=ln(1−y)+y라 하면,h′(y)=−1−y1+1=y−1y이므로 0<y<1에서 h′(y)<0이다. 따라서 함수 h(y)는 구간 [0,1)에서 감소하고 0<y<1에서 h(y)<h(0)=ln1+0=0이다. g′(x)에 x+66=y로 치환하면 모든 양의 실수 x에서 0<x+66<1이므로 0<y<1이고 g′(x)=h(y)<0이다. g(x)=lnf(x)이므로 g′(x)=f(x)f′(x)이다. 양의 실수 x에 대해, f(x)>0이므로f′(x)=f(x)g′(x)<0이다. 따라서 f(x)는 구간 (0,∞)에서 감소한다.
+4점 · f(a)<151, f(b)>151가 되는 양수 a와 b를 구체적으로 언급함.2-(3) f(c)=151을 만족시키는 양의 실수 c가 오직 하나 존재함을 보이시오.[풀이] f(1)=71, f(3)=(31)3=271이다. 그러므로f(1)=71>151>271=f(3)을 만족한다.
+3점 · 사잇값의 정리에 의해, f(c)=151인 양수 c가 구간 (a,b)에 있음을 보임.Correction. 앞줄의 조건에서는 b<a이므로, 이 줄의 (a,b)는 (b,a)의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
함수 f(x)가 연속이므로 사잇값의 정리에 의해, f(c)=151인 c가 열린구간 (1,3)에 적어도 하나 존재한다.
+3점 · f(x)가 감소함수임을 이용하여 f(c)=151인 양수 c가 유일함을 보임.문항(2)에 의해, 함수 f(x)는 구간 (0,∞)에서 감소하므로 f(c)=151인 양의 실수 c가 오직 하나 존재한다.