수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문항 1] 다음 제시문을 이용하여 아래 논제의 풀이 과정과 답을 논리적으로 서술하시오.

(가) 함수 f(x)\displaystyle f ( x )가 닫힌 구간 [a,b]\displaystyle [ a , b ]에서 연속이고 열린 구간 (a,b)\displaystyle ( a , b )에서 미분가능하면f(b)−f(a)b−a=f′(c)\displaystyle \frac{{f ( b ) - f ( a )}}{b - a} = f^{\prime} ( c )인 c\displaystyle c가 열린 구간 (a,b)\displaystyle ( a , b )에 적어도 하나 존재한다.

(나) 연속함수 f(x)\displaystyle f ( x )가 닫힌 구간 [a,b]\displaystyle [ a , b ]에서 f(x)≥0\displaystyle f ( x ) \geq 0이면 ∫abf(x)dx≥0\displaystyle \int_{a}^{b} {f ( x ) d x \geq 0}이다.

(다) 구간 [a,b]\displaystyle [ a , b ]에서 연속인 함수 f(x)\displaystyle f ( x )의 부정적분 중의 하나를 F(x)\displaystyle F ( x )라고 하면∫abf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a)\displaystyle \int_a^bf(x)dx=\Biggl[F(x)\Biggr]_a^b=F(b)-F(a)

(라) 세 실수 a\displaystyle a, b\displaystyle b, c\displaystyle c를 포함하는 닫힌 구간에서 함수 f(x)\displaystyle f ( x )가 연속일 때,∫acf(x)dx+∫cbf(x)dx=∫abf(x)dx\displaystyle \int_{a}^{c} {f ( x )} d x + \int_{c}^{b} {f ( x )} d x = \int_{a}^{b} {f ( x )} d x

[1-1] 실수 전체에서 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f ( x )가 f(1)=0\displaystyle f ( 1 ) = 0이고 닫힌 구간 [1,3]\displaystyle [ 1 , 3 ]에서 3≤f′(x)≤7\displaystyle 3 \le f^{\prime} ( x ) \le 7이다. 이 때, a≤∫13f(x)dx≤b\displaystyle a \le \int_{1}^{3} {f ( x ) d x} \le b를 만족하는 a\displaystyle a의 최댓값과 b\displaystyle b의 최솟값을 구하시오. (10점)

[1-2] f(x)=∣x2+x−2∣\displaystyle f ( x ) = \left| x^{2} + x - 2 \right|의 구간 [t,t+1]\displaystyle [ t , t + 1 ]에서의 최댓값을 g(t)\displaystyle g ( t )라 할 때, ∫−20g(t)dt\displaystyle \int_{-2}^{0} g ( t ) d t의 값을 구하시오. (20점)

해설강의 준비중

[1-1]

+2점 · 평균값의 정리를 사용할 수 있다.

(1,3)\displaystyle ( 1 , 3 )에 속하는 임의의 x\displaystyle x에 대하여 평균값의 정리를 사용하면f(x)−f(1)x−1=f′(c)\displaystyle \frac{{f ( x ) - f ( 1 )}}{x - 1} = f^{\prime} ( c )인 c\displaystyle c가 존재한다.

+3점 · 평균값의 정리를 이용하여 대소관계를 구할 수 있다.

f(1)=0\displaystyle f ( 1 ) = 0 이므로 f(x)=f′(c)(x−1)\displaystyle f ( x ) = f^{\prime} ( c ) ( x - 1 )3≤f′(c)≤7\displaystyle 3 \leq f^{\prime} ( c ) \leq 7이고 x−1>0\displaystyle x - 1 > 0이므로3(x−1)≤f′(c)(x−1)≤7(x−1)\displaystyle 3 ( x - 1 ) \leq f^{\prime} ( c ) ( x - 1 ) \leq 7 ( x - 1 )

+5점 · 적분값의 범위를 구하고 a\displaystyle a의 최댓값, b\displaystyle b의 최솟값을 구할 수 있다.

∫133(x−1)dx≤∫13f(x)dx≤∫137(x−1)dx\displaystyle \int_{1}^{3} {3 ( x - 1 ) d x \leq \int_{1}^{3} {f ( x ) d x \leq \int_{1}^{3} {7 ( x - 1 ) d x}}}6≤∫13f(x)dx≤14\displaystyle 6 \leq \int_{1}^{3} {f ( x ) d x \leq 14}a\displaystyle a의 최댓값 6\displaystyle 6, b\displaystyle b의 최솟값 14\displaystyle 14

[1-2]

+2점 · x=−12\displaystyle x=-\frac12에서 최대임을 그래프 또는 이차함수의 꼭짓점을 이용하여 알 수 있다.

f(x)=∣x2+x−2∣\displaystyle f(x)=|x^2+x-2|의 그래프를 그려보자x=−12\displaystyle x=-\frac12에서 최대이다.

+3점 · 적분 구간을 나눌 수 있다.

범위로 나누어 생각하면 (t≤−32\displaystyle t \leq - \frac{{3}}{2}, −32≤t≤−12\displaystyle - \frac{{3}}{2} \leq t \leq - \frac{{1}}{2},−12≤t≤0\displaystyle - \frac{{1}}{2} \leq t \leq 0)

+9점 · 각각의 범위에서 최댓값을 구할 수 있다.

ⅰ) t+1≤−12\displaystyle t + 1 \leq - \frac{{1}}{2}일 때 즉 t≤−32\displaystyle t \leq - \frac{{3}}{2}f(x)\displaystyle f ( x )는 증가함수이므로 g(t)=f(t+1)\displaystyle g ( t ) = f ( t + 1 )ⅱ) t≤−12≤t+1\displaystyle t \leq - \frac{{1}}{2} \leq t + 1일 때 즉 −32≤t≤−12\displaystyle - \frac{{3}}{2} \leq t \leq - \frac{{1}}{2}g(t)=f(−12)=94\displaystyle g ( t ) = f ( - \frac{{1}}{2} ) = \frac{{9}}{4}ⅲ) t≥−12\displaystyle t \geq - \frac{{1}}{2}이고 t+1≤1\displaystyle t + 1 \leq 1 일 때, 즉 −12≤t≤0\displaystyle - \frac{{1}}{2} \leq t \leq 0f(x)\displaystyle f ( x )는 감소함수이므로 g(t)=f(t)\displaystyle g ( t ) = f ( t )

+6점 · 적분값을 구할 수 있다.

S=∫−2−32f(t+1)dt+∫−32−1294dt+∫−120f(t)dt=∫−1−12f(t)dt+94+∫−120f(t)dt=∫−10f(t)dt+94=∫−10(−t2−t+2)dt+94=5312\displaystyle \begin{aligned}S&=\int_{-2}^{-\frac32}f(t+1)dt+\int_{-\frac32}^{-\frac12}\frac94dt+\int_{-\frac12}^0f(t)dt\\&=\int_{-1}^{-\frac12}f(t)dt+\frac94+\int_{-\frac12}^0f(t)dt=\int_{-1}^0f(t)dt+\frac94=\int_{-1}^0(-t^2-t+2)dt+\frac94=\frac{53}{12}\end{aligned}

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