한양대 서울캠퍼스 2015학년도 수시 자연계열 (오후1) 2번 · mathesis.kr/archive/hanyang_seoul/2015su/jayeon_pm1_2
문제
[문제 2] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오. (50점)
<가> 중간값의 정리는 다음과 같다.함수 가 닫힌 구간 에서 연속이고 일 때, 와 사이의 임의의 실수 에 대하여 인 실수 가 열린 구간 에서 적어도 하나 존재한다.
<나> 평균값의 정리는 다음과 같다.함수 가 닫힌 구간 에서 연속이고 열린 구간 에서 미분가능하면,인 실수 가 와 사이에 적어도 하나 존재한다.
<다> 함수 는 다음 조건을 만족시킨다.① 함수 는 미분가능하고, 도함수 가 연속이다.② 이다.
1. 제시문 <다>의 조건과 임의의 실수 에 대하여 를 만족시키는 함수 를 구하시오.
2. 함수 가 제시문 <다>의 조건을 만족시키면, 이고 인 가 존재함을 보이시오.
3. 함수 가 제시문 <다>의 조건을 만족시키면, 임의의 자연수 에 대하여 이고 인 이 존재함을 보이시오.
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1. 따라서 이다. (여기서 는 적분상수이다)∎ 이다.∎ 이므로 이다.그러므로 이다.
2. 중간값의 정리에 의해 인 가 0과 1사이에 존재한다.
구간 와 에 대하여 평균값의 정리를 적용하면,와 인 과 가 존재한다.그런데, 이므로, 이다. 따라서 이 성립한다.그러므로 이다.
3. 인 경우는 구간 에서 평균값 정리를 적용하면, 인 이 0과 1사이에 존재한다. 인 경우는 (2)에서 이미 증명하였는데, 증명의 아이디어는 다음과 같다.① 구간 의 함수 에 대한 치역 에 포함되는 구간 을 2등분하여 중간값의 정리를 적용.② 중간값의 정리의 적용을 통해 구한 값 에 의해 결정된 두 구간 과 에 대해 평균값의 정리를 적용.인 경우에도 위의 아이디어를 적용한다. 우선 치역 에 포함되는 구간 을 등분하여 얻은 값은 이다. 는 인 자연수라고 할 때, 중간값의 정리에 의해 를 만족시키는 가 0과 1사이에 적어도 하나 존재한다. 그런 중에서 제일 작은 수를 라고 하자. 그러면,이고, 중간값의 정리에 의해 을 만족함을 알 수 있다.
이라 하고, 구간 에서 평균값의 정리를 적용하면 을 만족시키는 가 과 사이에 적어도 하나 존재한다. 그런데, 이므로, 이다.
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