[가]함수의 몫의 미분법함수 f(x)(f(x)=0)가 미분가능할 때 {f(x)1}′=−f(x)2f′(x)
[나]함수의 증가와 감소함수 f(x)가 어떤 열린구간에서 미분가능할 때 그 열린구간에 속하는 모든 x에 대하여(1)f′(x)>0이면 f(x)는 그 열린구간에서 증가한다.(2)f′(x)<0이면 f(x)는 그 열린구간에서 감소한다.
[다]등비급수의 수렴과 발산등비급수 n=1∑∞arn−1(a=0)은(1)∣r∣<1일 때, 수렴하고 그 합은 1−ra이다.(2)∣r∣≥1일 때, 발산한다.
[논제 Ⅰ] 양수 p,q가 p2>4q,p−q<1,p<2를 만족할 때, 이차방정식 x2−px+q=0의 두 근을 α,β라 하자. (단, α<β) 자연수 n에 대해서, 함수 f(x)를 f(x)=x−ααn+x−ββn라 정의하자.
(1)f′′(x)=0이 되는 x의 값을 an이라 하자. 이때 an의 식을 구하여 구간 (α,β)에 존재함을 보이고, 극한값 n→∞liman의 값을 계산하고, 그 근거를 논술하시오. (12점)
(2)양수 k에 대해서, f(x)>k를 만족하는 실수 x의 구간들의 길이의 총합을 Ln이라 하자. 이때 급수 n=1∑∞Ln이 수렴함을 증명하고, 그 합을 p,q,k에 관한 식으로 나타내고, 그 근거를 논술하시오. (15점)
해설강의 준비중
경희대 2027학년도 모의 의·약학계 1번 · mathesis.kr/archive/khu/2027mo/uiyak_1
+4점 · f′′(x)=0이 되는 x를 계산한다.
(1) p2>4q이므로, α,β는 서로 다른 실수이다. 한편, g(x)=x2−px+q라 하면, g(0)=q>0,g(1)=1−p+q>0이고, 대칭축 x=2p이 0과 1사이에 있기 때문에, 두 근인 α,β는 0<α<β<1을 만족한다....(*)제시문 [가]를 이용하여 f(x)를 미분하여 계산하면f′(x)=−((x−α)2αn+(x−β)2βn)이고, f′′(x)=2((x−α)3αn+(x−β)3βn)이 된다.그러면, (β−xx−α)3=(βα)n이므로, β−xx−α=(βα)n/3이다.이 식을 풀면, an=1+(βα)n/3α+β(βα)n/3이 된다.
+4점 · α<an<β를 설명한다.
여기에서 (*)에 의해 0<βα<1이다.따라서, an−α=1+(βα)n/3α+β(βα)n/3−α=1+(βα)n/3(β−α)(βα)n/3>0이므로, an>α이다.또한, an−β=1+(βα)n/3α+β(βα)n/3−β=1+(βα)n/3α−β<0이므로, an<β이다.따라서, an은 구간 (α,β)에 존재한다.
+4점 · 극한값을 계산한다.
그리고, (*)에 의해 0<βα<1이므로, n→∞lim(βα)n=0이 되어, n→∞liman=α가 된다.
+5점 · y=f(x)가 연속인 구간에서 감소임을 설명한다.
(2) 함수 y=f(x)는 x=α,x=β인 모든 x에 대하여 연속이다.또한, 0<α<β<1이므로, f′(x)=−((x−α)2αn+(x−β)2βn)<0가 되어, 제시문 [나]에 의해 모든 구간에서 감소이다. 그리고, x→+∞limf(x)=0,x→−∞limf(x)=0이므로, x축이 점근선이 되고, 분모가 0이 되는 x=α,x=β도 점근선이 된다.
+5점 · f(x)>k인 구간의 길이의 합을 계산한다.
위 그림을 보면 구간 (−∞,α)에서는 f(x)<0이므로, y=k와 만나지 않는다. 따라서, y=f(x)와 y=k는 구간 (α,β)와 구간 (β,∞)에서 각각 한 번만 만난다. 이때, 두 교점의 x좌표를 각각 a,b라 하자.
그러면, f(x)>k를 만족하는 구간은 α<x<a,β<x<b가 된다. 따라서,Ln=(a−α)+(b−β)=(a+b)−(α+β)이다. 여기에서, a와 b는 αn(x−β)+βn(x−α)=k(x−α)(x−β)의 두 근이 된다. 이 식을 정리하면,kx2−{k(α+β)+αn+βn}x+kαβ+αnβ+αβn=0이므로, 이차방정식의 근과 계수의 관계를 이용하면,a+b=kk(α+β)+αn+βn=α+β+kαn+βn이다. 따라서, Ln=(a+b)−(α+β)=kαn+βn이다.
+5점 · 무한등비급수의 합을 계산한다.
여기에서, 0<α<β<1이므로, 제시문 [다]에 의해 급수 n=1∑∞Ln은 수렴하고, 합은n=1∑∞Ln=k1(1−αα+1−ββ)=k(1−α)(1−β)α+β−2αβ이다. α+β=p,αβ=q이므로, n=1∑∞Ln=k(1−p+q)p−2q가 된다.