수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

오류 제보

문제

[문제 1번] 다음 물음에 답하시오. (50점)

1. 양의 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(x)=8+x3−15x3\displaystyle f(x)=\frac{8+x}{3}-\sqrt[3]{15x}의 최솟값을 구하시오.

2. 모든 양의 실수 x\displaystyle x에 대하여 g(x)=10+x5−24x5>0\displaystyle g(x)=\frac{10+x}{5}-\sqrt[5]{24x}>0임을 보이시오.

3. 임의의 양의실수 a1,a2,…,a2017\displaystyle a_{1},a_{2},\ldots,a_{2017}에 대하여 다음 부등식이 성립함을 보이시오.a1+⋯+a20172017≥a1⋯a20172017\displaystyle \frac{a_{1}+\cdots+a_{2017}}{2017}\ge\sqrt[2017]{a_{1}\cdots a_{2017}}

해설강의 준비중

1. f′(x)=13(1−15x23)\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{1}{3}\left(1-\sqrt[3]{\frac{15}{x^{2}}}\right)이므로 f(x)\displaystyle f(x)는 x=15\displaystyle x=\sqrt{15}에서 최솟값f(15)=8+153−15153=8+153−15=8−2153\displaystyle f(\sqrt{15})=\frac{8+\sqrt{15}}{3}-\sqrt[3]{15\sqrt{15}}=\frac{8+\sqrt{15}}{3}-\sqrt{15}=\frac{8-2\sqrt{15}}{3}을 갖는다.

2. g′(x)=15(1−24x45)\displaystyle g^{\prime}(x)=\frac{1}{5}\left(1-\sqrt[5]{\frac{24}{x^{4}}}\right)이고 g′′(x)=42524x95\displaystyle g^{\prime\prime}(x)=\frac{4}{25}\sqrt[5]{\frac{24}{x^{9}}}이므로 g(x)\displaystyle g(x)는 x=244\displaystyle x=\sqrt[4]{24}에서 최솟값g(244)=10+2445−242445=10+2445−244=10−42445>0\displaystyle g(\sqrt[4]{24})=\frac{10+\sqrt[4]{24}}{5}-\sqrt[5]{24\sqrt[4]{24}}=\frac{10+\sqrt[4]{24}}{5}-\sqrt[4]{24}=\frac{10-4\sqrt[4]{24}}{5}>0을 갖는다. 따라서 모든 양의 실수 x\displaystyle x에 대하여 g(x)>0\displaystyle g(x)>0.

3. 1,2번의 내용을 토대로 함수 h2017(x)=a1+⋯+a2016+x2017−a1⋯a2016x2017\displaystyle h_{2017}(x)=\frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}+x}{2017}-\sqrt[2017]{a_{1}\cdots a_{2016}x} 를 생각해보면h2017′(x)=12017(1−a1⋯a2016x20162017)\displaystyle h_{2017}^{\prime}(x)=\frac{1}{2017}\left(1-\sqrt[2017]{\frac{a_{1}\cdots a_{2016}}{x^{2016}}}\right)이고h2017′′(x)=2016(2017)2a1⋯a2016x40332017\displaystyle h_{2017}^{\prime\prime}(x)=\frac{2016}{(2017)^{2}}\sqrt[2017]{\frac{a_{1}\cdots a_{2016}}{x^{4033}}}이므로 h2017(x)\displaystyle h_{2017}(x)는 x=a1⋯a20162016\displaystyle x=\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}에서 최솟값

h2017(a1⋯a20162016)=a1+⋯+a2016+a1⋯a201620162017−a1⋯a2016a1⋯a201620162017=a1+⋯+a2016+a1⋯ak20162017−a1⋯a20162016\displaystyle \begin{aligned} h_{2017}\left(\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}\right) &= \frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}+\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}}{2017}-\sqrt[2017]{a_{1}\cdots a_{2016}\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}} \\ &= \frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}+\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{k}}}{2017}-\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}} \end{aligned}Correction. 근호 안의 마지막 항 ak\displaystyle a_k는 a2016\displaystyle a_{2016}의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.=a1+⋯+a2016−2016a1⋯a201620162017\displaystyle \begin{aligned} &= \frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}-2016\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}}{2017} \end{aligned}

을 갖는다. 따라서 a1+⋯+a20162016≥a1⋯a20162016\displaystyle \frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}}{2016}\ge\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}이면 모든 양의 실수 x\displaystyle x에 대하여 h2017(x)≥0\displaystyle h_{2017}(x)\ge0이다.즉, 임의의 양의실수 a1,a2,…,a2016\displaystyle a_{1},a_{2},\ldots,a_{2016}에 대하여 a1+⋯+a20162016≥a1⋯a20162016\displaystyle \frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}}{2016}\ge\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}임을 보이면 충분하다.다시 함수 h2016(x)=a1+⋯+a2015+x2016−a1⋯a2015x2016\displaystyle h_{2016}(x)=\frac{a_{1}+\cdots+a_{2015}+x}{2016}-\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2015}x}에 위의 논리를 적용하면 a1+⋯+a20152015≥a1⋯a20152015\displaystyle \frac{a_{1}+\cdots+a_{2015}}{2015}\ge\sqrt[2015]{a_{1}\cdots a_{2015}}이면 a1+⋯+a20162016≥a1⋯a20162016\displaystyle \frac{a_{1}+\cdots+a_{2016}}{2016}\ge\sqrt[2016]{a_{1}\cdots a_{2016}}이 성립함을 알 수 있다. 결국 이 논리를 반복하면 a1+a22≥a1a2\displaystyle \frac{a_{1}+a_{2}}{2}\ge\sqrt{a_{1}a_{2}}임을 보이는 것으로 증명이 끝났다는 것을 알 수 있다. 이는

a1+a22−a1a2=a12+a222−a1a2=a12+a22−2a1a22=(a1−a2)22≥0\displaystyle \frac{a_{1}+a_{2}}{2}-\sqrt{a_{1}a_{2}}=\frac{\sqrt{a_{1}^{2}}+\sqrt{a_{2}^{2}}}{2}-\sqrt{a_{1}a_{2}}=\frac{\sqrt{a_{1}^{2}}+\sqrt{a_{2}^{2}}-2\sqrt{a_{1}a_{2}}}{2}=\frac{(\sqrt{a_{1}}-\sqrt{a_{2}})^{2}}{2}\ge0으로 증명 끝!!

별해> 임의의 양의실수 a1,a2,…,an\displaystyle a_{1},a_{2},\ldots,a_{n}과 2이상의 자연수 n\displaystyle n에 대하여a1+⋯+ann≥a1⋯ann\displaystyle \frac{a_{1}+\cdots+a_{n}}{n}\ge\sqrt[n]{a_{1}\cdots a_{n}}임을 n\displaystyle n에 대한 수학적 귀납법으로 보이고자 한다. 우선 n=2\displaystyle n=2일 때,a1+a22−a1a2=a12+a222−a1a2=a12+a22−2a1a22=(a1−a2)22≥0\displaystyle \frac{a_{1}+a_{2}}{2}-\sqrt{a_{1}a_{2}}=\frac{\sqrt{a_{1}^{2}}+\sqrt{a_{2}^{2}}}{2}-\sqrt{a_{1}a_{2}}=\frac{\sqrt{a_{1}^{2}}+\sqrt{a_{2}^{2}}-2\sqrt{a_{1}a_{2}}}{2}=\frac{(\sqrt{a_{1}}-\sqrt{a_{2}})^{2}}{2}\ge0이므로 성립한다. n=k\displaystyle n=k일 때 부등식이 성립한다고 가정하자. 양의 실수에서 정의된 함수h(x)=a1+⋯+ak+xk+1−a1⋯akxk+1\displaystyle h(x)=\frac{a_{1}+\cdots+a_{k}+x}{k+1}-\sqrt[k+1]{a_{1}\cdots a_{k}x}의 도함수h′(x)=1k+1(1−a1⋯akxkk+1)\displaystyle h^{\prime}(x)=\frac{1}{k+1}\left(1-\sqrt[k+1]{\frac{a_{1}\cdots a_{k}}{x^{k}}}\right)이므로 h(x)\displaystyle h(x)는 x=a1⋯akk\displaystyle x=\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}}에서 최솟값

h(a1⋯akk)=a1+⋯+ak+a1⋯akkk+1−a1⋯aka1⋯akkk+1=a1+⋯+ak+a1⋯akkk+1−a1⋯akk=a1+⋯+ak−ka1⋯akkk+1≥0\displaystyle \begin{aligned} h\left(\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}}\right) &= \frac{a_{1}+\cdots+a_{k}+\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}}}{k+1}-\sqrt[k+1]{a_{1}\cdots a_{k}\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}}} \\ &= \frac{a_{1}+\cdots+a_{k}+\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}}}{k+1}-\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}} \\ &= \frac{a_{1}+\cdots+a_{k}-k\sqrt[k]{a_{1}\cdots a_{k}}}{k+1}\ge0 \end{aligned} (1)을 갖는다. (1)의 마지막 부등식은 수학적 귀납법의 가정의 결과이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.