[문제 2] 다음 제시문을 읽고 문항별로 풀이와 함께 답하시오. (50점)
1. [정적분] 함수 f(x)가 닫힌 구간 [a,b]에서 연속일 때,
∫abf(x)dx=n→∞limk=1∑nf(xk)Δx (단, Δx=nb−a, xk=a+kΔx)
2. [정적분의 기본 정리] 함수 f(x)가 닫힌 구간 [a,b]에서 연속이고, f(x)의 한 부정적분을 F(x)라고 하면 다음이 성립한다.
∫abf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a)
3. [평균값의 정리] 함수 y=f(x)가 닫힌 구간 [a,b]에서 연속이고, 열린 구간 (a,b)에서 미분가능하면
b−af(b)−f(a)=f′(c) (a<c<b)
인 c가 적어도 하나 존재한다.
4. [함수의 증가] 함수 f(x)가 어떤 구간의 임의의 두 수 x1,x2에 대하여 다음 성질을 만족하면 f(x)는 그 구간에서 증가한다고 말한다.
x1<x2일 때, f(x1)<f(x2)
5. [부분적분법] 두 함수 f(x),g(x)가 각각 연속인 도함수를 가질 때
∫f(x)g′(x)dx=f(x)g(x)−∫f′(x)g(x)dx
[1] 제시문 1의 정적분을 이용하여 다음 극한값을 구하시오. [9점]
n→∞limk=2n+1∑3nn2nk
[2] 양의 실수 t에 대하여 함수 L(t)를 다음과 같이 정의하자.
L(t)=∫tt+11+x44dx
이때 도함수 L′(t)에 대한 다음 합을 구하시오. [9점]
k=1∑nL′(k)
[3] 함수 y=f(x)가 닫힌 구간 [t,t+h]에서 연속이고, 열린 구간 (t,t+h)에서 미분가능하면
dtd∫tt+hf(x)dx=hf′(c)
인 c가 구간 (t,t+h)에 적어도 하나 존재함을 제시문 2,3을 이용하여 증명하시오. (단, h>0) [11점]
[4] 다음 물음에 답하시오.
(1) 함수 y=ex는 구간 (−∞,∞)에서 증가함을 증명하시오. [3점]
(2) 제시문 4와 <그림 1>을 이용하여 다음 부등식을 증명하시오. [7점]
et+1t<(1+t1)t<e (t>0)
<그림 1>[5] 두 함수 f(x),g(x)가 각각 미분가능하고 f′(x)=g(x)이고, g′(x)=f(x)라고 하자. 제시문 5의 부분적분법을 이용하여 다음 등식이 성립함을 증명하시오. [11점]
∫cosx{f(x)+g(x)}dx=22cos(x−4π){f(x)+g(x)}+C(단, C는 적분상수)