(1) 상수 a \displaystyle a a , b \displaystyle b b , c \displaystyle c c 의 값을 구하여라. (5점)
+5점 · a = − 1 \displaystyle a=-1 a = − 1 , b = 0 \displaystyle b=0 b = 0 , c = 1 \displaystyle c=1 c = 1 을 모두 구할 수 있다. ▶ f ( x ) = a x + b + c \displaystyle f(x)=\sqrt{ax+b}+c f ( x ) = a x + b + c 에서 정의역과 치역이 각각 { x ∣ x ≤ 0 } \displaystyle \{x\mid x\le0\} { x ∣ x ≤ 0 } , { y ∣ y ≥ 1 } \displaystyle \{y\mid y\ge1\} { y ∣ y ≥ 1 } 이므로 f ( x ) = a x + 1 \displaystyle f(x)=\sqrt{ax}+1 f ( x ) = a x + 1 을 만족한다. 또한 f ( x ) = a x + 1 \displaystyle f(x)=\sqrt{ax}+1 f ( x ) = a x + 1 이 ( − 4 , 3 ) \displaystyle (-4,3) ( − 4 , 3 ) 을 지나므로 이를 대입하면 a = − 1 \displaystyle a=-1 a = − 1 이다. f ( x ) = − x + 1 \displaystyle f(x)=\sqrt{-x}+1 f ( x ) = − x + 1 을 만족한다. 따라서 a = − 1 \displaystyle a=-1 a = − 1 , b = 0 \displaystyle b=0 b = 0 , c = 1 \displaystyle c=1 c = 1 이다.
(2) 무리함수 y = f ( x ) \displaystyle y=f(x) y = f ( x ) 의 역함수 y = f − 1 ( x ) \displaystyle y=f^{-1}(x) y = f − 1 ( x ) 를 구하고, 역함수 y = f − 1 ( x ) \displaystyle y=f^{-1}(x) y = f − 1 ( x ) 의 정의역을 구하여라. (5점)
+3점 · 역함수 y = − ( x − 1 ) 2 \displaystyle y=-(x-1)^2 y = − ( x − 1 ) 2 을 구할 수 있다. +2점 · 정의역 { x ∣ x ≥ 1 } \displaystyle \{x\mid x\ge1\} { x ∣ x ≥ 1 } 을 구할 수 있다. ▶ f ( x ) = − x + 1 \displaystyle f(x)=\sqrt{-x}+1 f ( x ) = − x + 1 에서 역함수를 구하면 x = − y + 1 \displaystyle x=\sqrt{-y}+1 x = − y + 1 이고, 이를 정리하면 y = − ( x − 1 ) 2 ( x ≥ 1 ) \displaystyle y=-(x-1)^2\quad(x\ge1) y = − ( x − 1 ) 2 ( x ≥ 1 ) 이다. 또한 역함수의 정의역은 { x ∣ x ≥ 1 } \displaystyle \{x\mid x\ge1\} { x ∣ x ≥ 1 } 이다.
(3) 무리함수 y = f ( x ) \displaystyle y=f(x) y = f ( x ) 와 y \displaystyle y y 축 및 직선 y = 3 \displaystyle y=3 y = 3 으로 둘러싸인 도형의 넓이를 S \displaystyle S S 라고 하자. 문제 (2)에서의 역함수 y = f − 1 ( x ) \displaystyle y=f^{-1}(x) y = f − 1 ( x ) 를 이용하면 도형의 넓이 S \displaystyle S S 는 아래 [보기]와 같이 정적분의 형태로 나타낼 수 있다. [보기] S = ∫ α β ∣ f − 1 ( x ) ∣ d x \displaystyle S=\int_\alpha^\beta|f^{-1}(x)|\,dx S = ∫ α β ∣ f − 1 ( x ) ∣ d x (단, α \displaystyle \alpha α 와 β \displaystyle \beta β 는 상수이다.)이를 활용하여 α \displaystyle \alpha α 와 β \displaystyle \beta β 의 값을 찾고, 넓이 S \displaystyle S S 를 구하여라. (단, 역함수 y = f − 1 ( x ) \displaystyle y=f^{-1}(x) y = f − 1 ( x ) 를 이용하지 않으면 점수를 부여하지 않는다.) (10점)
+5점 · α = 1 \displaystyle \alpha=1 α = 1 , β = 3 \displaystyle \beta=3 β = 3 을 구할 수 있다. +5점 · S = ∫ 1 3 ∣ f − 1 ( x ) ∣ d x = 8 3 \displaystyle S=\int_1^3|f^{-1}(x)|\,dx=\frac83 S = ∫ 1 3 ∣ f − 1 ( x ) ∣ d x = 3 8 을 구할 수 있다. ▶ 그림에서 무리함수 y = f ( x ) \displaystyle y=f(x) y = f ( x ) 와 y \displaystyle y y 축 및 직선 y = 3 \displaystyle y=3 y = 3 으로 둘러싸인 도형의 y \displaystyle y y 의 범위는 1 ≤ y ≤ 3 \displaystyle 1\le y\le3 1 ≤ y ≤ 3 이다. 따라서 역함수 y = f − 1 ( x ) \displaystyle y=f^{-1}(x) y = f − 1 ( x ) 와 x \displaystyle x x 축 및 직선 x = 3 \displaystyle x=3 x = 3 으로 둘러싸인 도형의 x \displaystyle x x 의 범위는 1 ≤ x ≤ 3 \displaystyle 1\le x\le3 1 ≤ x ≤ 3 이고, 이로부터 α = 1 \displaystyle \alpha=1 α = 1 , β = 3 \displaystyle \beta=3 β = 3 이다. 또한 넓이 S \displaystyle S S 를 구하면 S = ∫ 1 3 ∣ f − 1 ( x ) ∣ d x = ∫ 1 3 ∣ − ( x − 1 ) 2 ∣ d x = 8 3 \displaystyle S=\int_1^3|f^{-1}(x)|\,dx=\int_1^3|-(x-1)^2|\,dx=\frac83 S = ∫ 1 3 ∣ f − 1 ( x ) ∣ d x = ∫ 1 3 ∣ − ( x − 1 ) 2 ∣ d x = 3 8 이다.