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의·약학계 1번

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문제

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+2점 · f(1)=g(1)=18\displaystyle f(-1)=g(-1)=-18임을 보일 수 있다.

[1-1]x>1\displaystyle x>-1에서 g(x)=f(x)0\displaystyle g^{\prime}(x)=\left|f^{\prime}(x)\right|\ge0이므로 g(x)\displaystyle g(x)x>1\displaystyle x>-1에서 증가하는 함수이다.실수 전체의 집합에서 미분가능한 함수 g(x)\displaystyle g(x)x=1\displaystyle x=-1에서 연속이므로f(1)=limx1f(x)=limx1g(x)=g(1)=18\displaystyle f(-1)=\lim_{x\to-1^{-}}f(x)=\lim_{x\to-1^{-}}g(x)=g(-1)=-18이다. 따라서 f(1)=g(1)=18\displaystyle f(-1)=g(-1)=-18 ⋯⋯ ㉠

+3점 · f(1)=0\displaystyle f^{\prime}(-1)=0임을 보일 수 있다.

조건 (가), (나)에서 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 g(x)18\displaystyle g(x)\ge-18, g(1)=18\displaystyle g(-1)=-18이므로 g(x)\displaystyle g(x)x=1\displaystyle x=-1에서 극솟값을 가지고 g(1)=0\displaystyle g^{\prime}(-1)=0이다. 또한f(1)=limx1f(x)f(1)x(1)=limx1f(x)f(1)x(1)=limx1g(x)g(1)x(1)=limx1g(x)g(1)x(1)=g(1)\displaystyle \begin{aligned} f^{\prime}(-1) &= \lim_{x\to-1}\frac{f(x)-f(-1)}{x-(-1)}=\lim_{x\to-1^{-}}\frac{f(x)-f(-1)}{x-(-1)} \\ &= \lim_{x\to-1^{-}}\frac{g(x)-g(-1)}{x-(-1)}=\lim_{x\to-1}\frac{g(x)-g(-1)}{x-(-1)} \\ &= g^{\prime}(-1) \end{aligned}이므로 g(1)=0\displaystyle g^{\prime}(-1)=0에서 f(1)=0\displaystyle f^{\prime}(-1)=0이다.

+3점 · f(x)=kx(x+1)(xa)\displaystyle f^{\prime}(x)=kx(x+1)(x-a)(k\displaystyle kk>0\displaystyle k>0인 상수)임을 이용하여 1<x<0\displaystyle -1<x<0일 때, f(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0 임을 보일 수 있다.

x>1\displaystyle x>-1에서 g(x)=f(x)\displaystyle g^{\prime}(x)=\left|f^{\prime}(x)\right|이므로g(0)=f(0)=0\displaystyle g^{\prime}(0)=\left|f^{\prime}(0)\right|=0, g(a)=f(a)=0\displaystyle g^{\prime}(a)=\left|f^{\prime}(a)\right|=0이 되어 f(0)=f(a)=0\displaystyle f^{\prime}(0)=f^{\prime}(a)=0이다.사차함수 f(x)\displaystyle f(x)x<1\displaystyle x<-1에서 f(x)=g(x)18\displaystyle f(x)=g(x)\ge-18이므로 f(x)\displaystyle f(x)의 최고차항의 계수는 양수이고 f(1)=f(0)=f(a)=0 (a>1)\displaystyle f^{\prime}(-1)=f^{\prime}(0)=f^{\prime}(a)=0\ (a>1)에 의하여 함수 f(x)\displaystyle f^{\prime}(x)f(x)=kx(x+1)(xa) (k는 k>0인 상수)\displaystyle f^{\prime}(x)=kx(x+1)(x-a)\ (k\text{는 }k>0\text{인 상수})로 놓을 수 있다.1<x<0\displaystyle -1<x<0, x>a\displaystyle x>a일 때, f(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0 ⋯⋯ ㉡x<1\displaystyle x<-1, 0<x<a\displaystyle 0<x<a일 때, f(x)<0\displaystyle f^{\prime}(x)<0 ⋯⋯ ㉢

+2점 · f(0)=13\displaystyle f(0)=-13임을 보일 수 있다.

제시문 [Ⅱ]와 ㉠, ㉡에 의하여g(0)=g(1)+10f(t)dt=g(1)+10f(t)dt=g(1)+f(0)f(1)=f(0)\displaystyle \begin{aligned} g(0) &= g(-1)+\int_{-1}^{0}\left|f^{\prime}(t)\right|dt \\ &= g(-1)+\int_{-1}^{0}f^{\prime}(t)dt \\ &= g(-1)+f(0)-f(-1) \\ &= f(0) \end{aligned}조건 (다)에서 g(0)=13\displaystyle g(0)=-13이므로 f(0)=13\displaystyle f(0)=-13 ⋯⋯ ㉣

+3점 · f(1)=26\displaystyle f(1)=-26임을 보일 수 있다.

[1-2]g(1)=11f(t)dt=0\displaystyle g(1)=\int_{1}^{1}\left|f^{\prime}(t)\right|dt=0이고 ㉡, ㉢에 의하여g(1)=g(0)+01f(t)dt=g(0)01f(t)dt=g(0){f(1)f(0)}=g(0)+f(0)f(1)=26f(1)\displaystyle \begin{aligned} g(1) &= g(0)+\int_{0}^{1}\left|f^{\prime}(t)\right|dt \\ &= g(0)-\int_{0}^{1}f^{\prime}(t)dt \\ &= g(0)-\{f(1)-f(0)\} \\ &= g(0)+f(0)-f(1) \\ &= -26-f(1) \end{aligned}에서 f(1)=26\displaystyle f(1)=-26 ⋯⋯ ㉤

+3점 · f(0)=13\displaystyle f(0)=-13임을 이용하여 f(x)=k{14x4+13(1a)x312ax2}13\displaystyle f(x)=k\left\{\frac{1}{4}x^{4}+\frac{1}{3}(1-a)x^{3}-\frac{1}{2}ax^{2}\right\}-13의 형태임을 보일 수 있다.

이제 위의 사실을 이용하여 f(x)\displaystyle f(x)를 구하자.f(x)=kx(x+1)(xa)\displaystyle f^{\prime}(x)=kx(x+1)(x-a)이고 ㉣에 의하여f(x)=f(0)+0xf(t)dt=13+0xkt(t+1)(ta)dt=k{14x4+13(1a)x312ax2}13\displaystyle \begin{aligned} f(x) &= f(0)+\int_{0}^{x}f^{\prime}(t)dt \\ &= -13+\int_{0}^{x}kt(t+1)(t-a)dt \\ &= k\left\{\frac{1}{4}x^{4}+\frac{1}{3}(1-a)x^{3}-\frac{1}{2}ax^{2}\right\}-13 \end{aligned}

+3점 · f(1)=18\displaystyle f(-1)=-18임을 이용하여 k12(12a)=5\displaystyle \frac{k}{12}(-1-2a)=-5의 형태임을 보일 수 있다.

㉠, ㉤에 의하여f(1)=k{1413(1a)12a}13=k12(12a)13=18\displaystyle \begin{aligned} f(-1) &= k\left\{\frac{1}{4}-\frac{1}{3}(1-a)-\frac{1}{2}a\right\}-13 \\ &= \frac{k}{12}(-1-2a)-13 \\ &= -18 \end{aligned}

+3점 · f(1)=26\displaystyle f(1)=-26임을 이용하여 k12(710a)=13\displaystyle \frac{k}{12}(7-10a)=-13의 형태임을 보일 수 있다.

f(1)=k{14+13(1a)12a}13=k12(710a)13=26\displaystyle \begin{aligned} f(1) &= k\left\{\frac{1}{4}+\frac{1}{3}(1-a)-\frac{1}{2}a\right\}-13 \\ &= \frac{k}{12}(7-10a)-13 \\ &= -26 \end{aligned}

+3점 · a=2\displaystyle a=2임을 보일 수 있다.

이고 k12(12a)=5\displaystyle \frac{k}{12}(-1-2a)=-5, k12(710a)=13\displaystyle \frac{k}{12}(7-10a)=-13에서 k=12\displaystyle k=12, a=2\displaystyle a=2이다.

+2점 · f(x)=3x44x312x213\displaystyle f(x)=3x^{4}-4x^{3}-12x^{2}-13임을 보일 수 있다.

[1-3]f(x)=3x44x312x213\displaystyle f(x)=3x^{4}-4x^{3}-12x^{2}-13이고f(1)=26\displaystyle f(1)=-26, f(2)=45\displaystyle f(2)=-45, f(3)=14\displaystyle f(3)=14, g(1)=11f(t)dt=0\displaystyle g(1)=\int_{1}^{1}\left|f^{\prime}(t)\right|dt=0이다.

+3점 · g(a+1)2g(a1)=78\displaystyle g(a+1)-2g(a-1)=78임을 보일 수 있다.

따라서g(a+1)2g(a1)=g(3)2g(1)=g(3)0=13f(t)dt=12f(t)dt+23f(t)dt=12f(t)dt+23f(t)dt={f(2)f(1)}+{f(3)f(2)}=f(1)+f(3)2f(2)=26+142×(45)=78\displaystyle \begin{aligned} g(a+1)-2g(a-1) &= g(3)-2g(1)=g(3)-0 \\ &= \int_{1}^{3}\left|f^{\prime}(t)\right|dt \\ &= \int_{1}^{2}\left|f^{\prime}(t)\right|dt+\int_{2}^{3}\left|f^{\prime}(t)\right|dt \\ &= -\int_{1}^{2}f^{\prime}(t)dt+\int_{2}^{3}f^{\prime}(t)dt \\ &= -\{f(2)-f(1)\}+\{f(3)-f(2)\} \\ &= f(1)+f(3)-2f(2) \\ &= -26+14-2\times(-45) \\ &= 78 \end{aligned}

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