(가)집합 X에서 정의된 함수 f(x)의 역함수는 f(x)의 치역 Y에서 정의된 함수 g(x)로, X에 속한 임의의 x에 대해서 g(f(x))=x를 만족하는 것이다. 함수 f(x)가 역함수를 갖는다면 f(x)는 일대일 함수이다.
(나)함수 f(x)가 일대일 함수가 아닌 경우에도, 정의역의 어떤 부분집합 I에 국한하여 볼 때는 일대일인 경우가 있다. 이때 함수 f(x)가 부분집합 I에서만 정의된 것으로 보고 역함수 g(x)를 생각할 수 있는데, 이러한 함수 g(x)를 부분집합 I에서 f(x)의 부분역함수라 부른다. 예를 들어, 함수 f(x)=x2은 구간 x≥0에서 부분역함수 g1(x)=x와 구간 x≤0에서 부분역함수 g2(x)=−x를 가진다.
(다)역함수의 미분법 : 미분가능한 함수 f(x)가 역함수 g(x)를 갖는다고 하자. 한 점 x=a에서 f′(a)=0일 때, 함수 g(x)는 x=b=f(a)에서 미분가능하고 g′(b)=f′(a)1이다.
(3-1)실수 t가 부등식 −16<t<16을 만족할 때, 삼차방정식 x3−12x−t=0은 서로 다른 세 실근을 가짐을 보이시오. (7점)
(3-2)(3-1)에서와 같이 −16<t<16일 때, 삼차방정식 x3−12x−t=0의 세 실근을 크기 순서대로 각각 f1(t)<f2(t)<f3(t)라고 두면, t의 함수 f1(t),f2(t),f3(t)는 모두 미분가능하다. 이때 f1′(t)1+f2′(t)1+f3′(t)1를 간단히 하시오. (10점)
(3-3)실수 전체에서 정의된 함수 f(x)는 우함수이고 미분가능하며 x>0에서 f′(x)>0이고 또한 x→∞limf(x)=∞라고 한다. 구간 x<0과 x>0에서의 f(x)의 부분역함수를 각각 g1(x),g2(x)라고 할 때, a>f(0)인 실수 a에 대하여 g1(a)+g2(a)와 g1′(a)+g2′(a)의 값을 구하시오. (8점)
해설강의 준비중
인하대 2017학년도 모의 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/inha/2017mo/jayeon_3
7 · (3-1)
(3-1) 삼차함수 f(x)=x3−12x를 미분하면 f′(x)=3(x+2)(x−2)이고 따라서 x=−2일 때 극댓값 16, x=2일 때 극솟값 −16을 가진다. 그러므로 −16<t<16인 t에 대하여 방정식f(x)=x3−12x=t는 구간 x<−2,−2<x<2,x>2에서 각각 한 개의 실근을 가진다.
10 · (3-2)
(3-2) (3-1)의 풀이에서와 같이 f(x)=x3−12x라고 두자. 변수 t에 대한 함수 f1(t),f2(t),f3(t)는 각각 구간 α<x<−2,−2<x<2,2<x<β에서의 함수 f(x)의 부분역함수라고 볼 수 있다. 여기서 α와 β는 α<−2,β>2,f(α)=−16,f(β)=16을 만족하는 실수이다. 편의상 x1=f1(t),x2=f2(t),x3=f3(t)라 두면 x1,x2,x3은 삼차방정식 x3−12x−t=0의 세 근이 된다. 근과 계수와의 관계에서x1+x2+x3=0,x1x2+x2x3+x3x1=−12,x1x2x3=t이다. 역함수미분법을 이용하여 문제의 식을 정리하면f1′(t)1+f2′(t)1+f3′(t)1=f′(x1)+f′(x2)+f′(x3)=3x12−12+3x22−12+3x32−12=3(x12+x22+x32)−36=3(x1+x2+x3)2−6(x1x2+x2x3+x1x3)−36=−6(−12)−36=36이다.
8 · (3-3)
(3-3) 편의상 g1(x)<0<g2(x)라고 하자. 이 두 함수들은 모두 f(0)보다 큰 모든 실수들에서 정의되어 있다. 실수 a가 부등식 a>f(0)을 만족한다고 하자. 이때 x0=g1(a)라 두면 f(x0)=f(−x0)=a이다. 따라서 g2(a)=−x0이고 g1(a)+g2(a)=0이다. 또한 합성함수의 미분에 의해f′(−x0)=−f′(x0)이다. 이제 문제의 두 번째 식의 값은g1′(a)+g2′(a)=f′(x0)1+f′(−x0)1=0이다.