수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

<논술 1> 다음 제시문을 읽고 지시에 따라 논술하시오.

[가] 실수 a\displaystyle a 를 포함하는 열린구간에서 정의되는 함수 f\displaystyle f 의 x=a\displaystyle x=a 에서의 미분계수는 다음과 같이 정의된다.f′(a)=lim⁡h→0f(a+h)−f(a)h\displaystyle f^{\prime}(a)=\lim_{h\to0}\frac{f(a+h)-f(a)}h

[나] 실수 a\displaystyle a 를 포함하는 열린구간에서 정의되는 함수 f\displaystyle f 의 x=a\displaystyle x=a 에서의 미분계수는 다음과 같이 정의된다.f′(a)=lim⁡x→af(x)−f(a)x−a\displaystyle f^{\prime}(a)=\lim_{x\to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a}

[다] 함수 f\displaystyle f 는 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b] 에서 연속이고 열린 구간 (a,b)\displaystyle (a,b)에서 미분 가능하다.① x∈(a,b)\displaystyle x \in (a,b) 이고 f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0 인 x\displaystyle x 들의 f(x)\displaystyle f(x) 값들.② f(a)\displaystyle f(a) 와 f(b)\displaystyle f(b).③ 위의 ①, ②의 값들 중 제일 큰 것.

(1) 제시문 [가]와 [나]의 미분계수의 정의는 동일한 것인지 아닌지 답하고 설명하시오.

(2) 제시문 [다]-③의 값이 [a,b]\displaystyle [a,b] 에서 f\displaystyle f 의 최대값임을 미분 계수의 정의를 고려하여 설명하시오.

(3) 제시문 [다]를 이용해 함수의 최대값을 계산하고자 할 때 어떤 어려움이 있을 수 있겠는가? 단, 계산에 필요한 시간은 충분히 주어졌다고 가정하자.

해설강의 준비중

(문항 1) 제시문 [가]의 정의에서 x=a+h\displaystyle x=a+h 라 하면 h→0\displaystyle h \to 0 일 때 x→a\displaystyle x \to a 가 된다. 이것을 이용해 [가]의 식을 치환하면 [나]의 식이 얻어진다. 또한 [나]의 정의에서 h=x−a\displaystyle h=x-a 로 치환하면 [가]의 식이 얻어지므로 두 가지 정의는 동일한 것이다.

(문항 2) f(z)\displaystyle f(z) 가 [a,b]\displaystyle [a,b] 에서의 최대값이라고 하자.

(i) z∈(a,b)\displaystyle z \in (a,b) 라면 함수 f\displaystyle f 는 c<z\displaystyle c<z 인 임의의 c\displaystyle c 에 대해

f(z)−f(c)z−c≥0\displaystyle \frac{f(z)-f(c)}{z-c}\ge0

이므로

f′(z)=lim⁡c→z−f(c)−f(z)c−z=lim⁡c→z−f(z)−f(c)z−c≥0\displaystyle f^{\prime}(z)=\lim_{c\to z^-}\frac{f(c)-f(z)}{c-z}=\lim_{c\to z^-}\frac{f(z)-f(c)}{z-c}\ge0

가 성립한다. 마찬가지로,

f′(z)=lim⁡d→z+f(d)−f(z)d−z≤0\displaystyle f^{\prime}(z)=\lim_{d\to z^+}\frac{f(d)-f(z)}{d-z}\le0

가 성립한다. 따라서 f′(z)=0\displaystyle f^{\prime}(z)=0 이 성립하므로 z\displaystyle z 는 f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0 인 x\displaystyle x 들 중 하나이다.

(ii) z=a\displaystyle z=a 또는 z=b\displaystyle z=b 일 가능성도 있으므로 f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0 인 x\displaystyle x 이외에 f(a)\displaystyle f(a) 와 f(b)\displaystyle f(b) 까지 고려하면 이들 가운데 하나가 최대값이 된다.

(문항 3) 다음의 두 가지 경우에는 [다]의 방법을 실행할 수 없다.

(i) 함수의 근을 구하는 일반적인 방법은 알려져 있지 않기 때문에 도함수의 f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0 인 x\displaystyle x 를 구할 수 없는 경우가 있을 수 있다.

(ii) f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0 을 만족하는 x\displaystyle x 가 무한히 많은 경우에는 이들의 함수 값을 구하여 비교하지 못할 수도 있다.

다음 경우는 0점 처리될 수 있습니다.1) 답안을 검정 볼펜으로 작성하지 않은 경우2) 자신의 신원을 드러내는 불필요한 표기를 한 경우3) 수정액이나 수정테이프를 사용한 경우4) 답을 해당 답란에 작성하지 않은 경우

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