수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

두 번 미분가능한 세 함수 y=f(x), y=g(x), y=h(x)\displaystyle y=f(x),\ y=g(x),\ y=h(x)가 다음 조건을 만족시킨다.(가) 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여, f(x)+f(−x)=0\displaystyle f(x)+f(-x)=0이다.(나) f′(−1)=f′(1)=0\displaystyle f^{\prime}(-1)=f^{\prime}(1)=0(다) 구간 (−1,1)\displaystyle (-1,1)에서, f′′(x)=g′(x)\displaystyle f^{\prime\prime}(x)=g^{\prime}(x)이다.(라) g(1)=π, h(1)=2π, h(−1)=1\displaystyle g(1)=\pi,\ h(1)=2\pi,\ h(-1)=1(마) ∫−11f′(x)h′(x) dx=π\displaystyle \int_{-1}^1f^{\prime}(x)h^{\prime}(x)\,dx=\pi

2-1) 구간 (−1,1)\displaystyle (-1,1)에서, g(x)=g(−x)\displaystyle g(x)=g(-x)임을 설명하시오. (10점)

2-2) ∫01g(x)(h′(x)+h′(−x)) dx\displaystyle \int_0^1g(x)(h^{\prime}(x)+h^{\prime}(-x))\,dx의 값을 구하고, 그 이유를 설명하시오. (15점)

해설강의 준비중
+10점 · 미분과 부분적분의 관계를 이용하여 g(x)=f′(x)+C\displaystyle g(x)=f^{\prime}(x)+C를 파악하고 제시된 f(x)\displaystyle f(x)의 조건을 활용하여 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 성질을 제대로 파악하면 좋은 점수를 부여함

2-1) 조건 (다)를 이용하면, 어떤 상수 C\displaystyle C에 대하여, g(x)=f′(x)+C\displaystyle g(x)=f^{\prime}(x)+C이 된다.조건 (가)로부터, f′(x)=f′(−x)\displaystyle f^{\prime}(x)=f^{\prime}(-x).따라서, g(−x)=f′(−x)+C=f′(x)+C=g(x)\displaystyle g(-x)=f^{\prime}(-x)+C=f^{\prime}(x)+C=g(x)

+15점 · 앞선 문제를 활용해 주어진 적분값을 구간 (-1,1)의 적분값으로 잘 표현하고 부정적분을 잘 활용할 수 있으면 좋은 점수를 부여함

2-2) 2-1)에 의해 g(x)=g(−x)\displaystyle g(x)=g(-x)이다. 이 사실을 이용하면∫01g(x)h′(−x) dx=∫−10g(−x)h′(x) dx=∫−10g(x)h′(x) dx\displaystyle \int_0^1g(x)h^{\prime}(-x)\,dx=\int_{-1}^0g(-x)h^{\prime}(x)\,dx=\int_{-1}^0g(x)h^{\prime}(x)\,dx따라서,∫01g(x)(h′(x)+h′(−x)) dx=∫01g(x)h′(x) dx+∫01g(x)h′(−x) dx=∫01g(x)h′(x) dx+∫−10g(x)h′(x) dx=∫−11g(x)h′(x) dx\displaystyle \begin{aligned}\int_0^1g(x)(h^{\prime}(x)+h^{\prime}(-x))\,dx&=\int_0^1g(x)h^{\prime}(x)\,dx+\int_0^1g(x)h^{\prime}(-x)\,dx\\&=\int_0^1g(x)h^{\prime}(x)\,dx+\int_{-1}^0g(x)h^{\prime}(x)\,dx=\int_{-1}^1g(x)h^{\prime}(x)\,dx\end{aligned}부분적분과 조건 (라)와 (다)를 이용하면∫−11g(x)h′(x) dx=[g(x)h(x)]−11−∫−11g′(x)h(x) dx=π(2π−1)−∫−11f′′(x)h(x) dx\displaystyle \int_{-1}^1g(x)h^{\prime}(x)\,dx=\Biggl[g(x)h(x)\Biggr]_{-1}^1-\int_{-1}^1g^{\prime}(x)h(x)\,dx=\pi(2\pi-1)-\int_{-1}^1f^{\prime\prime}(x)h(x)\,dx그리고 조건 (나), (마)와 부분적분을 이용하면∫−11f′′(x)h(x) dx=−π\displaystyle \int_{-1}^1f^{\prime\prime}(x)h(x)\,dx=-\pi따라서,∫01g(x)(h′(x)+h′(−x)) dx=2π2\displaystyle \int_0^1g(x)(h^{\prime}(x)+h^{\prime}(-x))\,dx=2\pi^2

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