수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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(2-1)(\displaystyle \Rightarrow) 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(x)1\displaystyle |f^{\prime}(x)|\le1이라 가정하자.함수 f\displaystyle f가 실수 전체에서 미분가능하므로 제시문 (나)의 평균값 정리에 의해 f(s)f(t)st=f(c)\displaystyle \frac{f(s)-f(t)}{s-t}=f^{\prime}(c)를 만족하는 c\displaystyle c가 존재한다. 따라서f(s)f(t)=f(c)(st)=f(c)stst\displaystyle |f(s)-f(t)|=|f^{\prime}(c)(s-t)|=|f^{\prime}(c)||s-t|\le|s-t|가 성립한다.(\displaystyle \Leftarrow) 모든 실수 s,t\displaystyle s,t에 대하여 f(s)f(t)st\displaystyle |f(s)-f(t)|\le|s-t|이라 가정하자.그러므로 모든 h\displaystyle h에 대하여 f(x+h)f(x)x+hx=h\displaystyle |f(x+h)-f(x)|\le|x+h-x|=|h|이다. 따라서 1f(x+h)f(x)h1\displaystyle -1\le\frac{f(x+h)-f(x)}h\le1이다. 이 부등식의 각 항에 limh0\displaystyle \lim_{h\to0}을 취하면 1limh0f(x+h)f(x)h1\displaystyle -1\le\lim_{h\to0}\frac{f(x+h)-f(x)}h\le1이고 f\displaystyle f가 실수 전체에서 미분가능한 함수이므로 1f(x)1\displaystyle -1\le f^{\prime}(x)\le1, 즉 f(x)1\displaystyle |f^{\prime}(x)|\le1이다.

(2-2)f(x)1\displaystyle |f^{\prime}(x)|\le1이므로 f(x)f(0)x0\displaystyle |f(x)-f(0)|\le|x-0|이고 따라서 f(x)x\displaystyle |f(x)|\le|x|이다.ab\displaystyle a\le b임을 가정하자.(풀이1)g(x)=x23f(x13)\displaystyle g(x)=x^{\frac23}f(x^{\frac13})이라 두면 x0\displaystyle x\ne0이면 g(x)\displaystyle g^{\prime}(x)가 존재하는 것은 당연하고, x=0\displaystyle x=0에서 limx0g(x)g(0)x0=limx0f(x13)x13=f(0)\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{g(x)-g(0)}{x-0}=\lim_{x\to0}\frac{f(x^{\frac13})}{x^{\frac13}}=f^{\prime}(0)이므로 g(x)\displaystyle g(x)는 실수 전체에서 미분가능하다.또한 g(x)=23x13f(x13)+x23f(x13)13x2323x13x13+13=1\displaystyle |g^{\prime}(x)|=\left|\frac23x^{-\frac13}f(x^{\frac13})+x^{\frac23}f^{\prime}(x^{\frac13})\frac13x^{-\frac23}\right|\le\frac23|x|^{-\frac13}|x|^{\frac13}+\frac13=1이다. 따라서, (2-1)에 의해 b2f(b)a2f(a)=g(b3)g(a3)b3a3\displaystyle |b^2f(b)-a^2f(a)|=|g(b^3)-g(a^3)|\le|b^3-a^3|이 성립한다.

평가 기준
미분가능, 평균값의 정리 등 미적분의 기본 개념을 이해하고 있는 정도
논리적 사고 능력 및 기본적 계산 능력
논제에서 요구하는 사항을 정확히 이해하고 기존 지식과 제시문의 내용을 바탕으로 논제의 답을 논리적으로 서술하는 능력

첨삭 사례

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