수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

1. 폐구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속인 함수는 최솟값과 최댓값을 가진다.

2. 폐구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속인 증가함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 최솟값을 c\displaystyle c, 최댓값을 d\displaystyle d라 하면, 폐구간 [c,d]\displaystyle [c,d]에서 연속인 역함수 y=f−1(x)\displaystyle y=f^{-1}(x)가 존재한다. 이 경우에 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 x=f−1(y)\displaystyle x=f^{-1}(y)는 평면에서 같은 점을 나타낸다.

3. 실수구간에서 정의된 두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 치역이 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 정의역에 포함되면 합성함수 g(f(x))\displaystyle g(f(x))는 정의된다.두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)가 미분가능이면 합성함수 g(f(x))\displaystyle g(f(x))도 미분가능한 함수이고, 그 도함수는 (g(f(x)))′=f′(x)g′(f(x))\displaystyle (g(f(x)))^{\prime}=f^{\prime}(x)g^{\prime}(f(x))이다.

4. 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 역함수 f−1(x)\displaystyle f^{-1}(x)가 존재하고 f′(x)≠0\displaystyle f^{\prime}(x)\ne0이면 f−1(x)\displaystyle f^{-1}(x)도 미분가능하다.

[ 문제 1 ]

(1.1) 함수 f(x)=x3−3x2+3x−1\displaystyle f(x)=x^3-3x^2+3x-1은 전체 실수구간에서 증가함수임을 보여라. (5점)

(1.2) 적분 ∫−11f−1(x)dx\displaystyle \int_{-1}^1f^{-1}(x)dx을 계산하여라.(15점)

해설강의 준비중

1-1>임의의 실수 x\displaystyle x에 대하여 f′(x)=3x2−6x+3=3(x−1)2≥0\displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2-6x+3=3(x-1)^2\ge0이므로 증가함수이다.

1-2>f(0)=−1\displaystyle f(0)=-1f(2)=8−12+6−1=1\displaystyle f(2)=8-12+6-1=1f:[0,2]→[−1,1]\displaystyle f:[0,2]\to[-1,1]f−1:[−1,1]→[0,2]\displaystyle f^{-1}:[-1,1]\to[0,2] 증가함수 이므로∫−11f−1(x)dx=사각형의 넓이−f(x)의 그래프 아래쪽의 넓이=4−∫02f(x)+1dx=2\displaystyle \begin{aligned}\int_{-1}^1f^{-1}(x)dx&=\text{사각형의 넓이}-f(x)\text{의 그래프 아래쪽의 넓이}\\&=4-\int_0^2f(x)+1dx\\&=2\end{aligned}

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