수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 A 2번

문제

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해설강의 준비중

[문제 2]

+30점 · 적분 등식을 쓰면

(2-1) 0t1+f(x)2dx=0tf(x)dx\displaystyle \int_0^t\sqrt{1+f\prime(x)^2}\,dx=\int_0^tf(x)\,dx가 성립하므로

+30점 · 1+f(t)2=f(t)\displaystyle \sqrt{1+f\prime(t)^2}=f(t)를 쓰면

미분하면 모든 실수 t0\displaystyle t\ge0에 대하여 1+f(t)2=f(t)\displaystyle \sqrt{1+f\prime(t)^2}=f(t)가 성립한다.

+10점 · 앞의 과정이 맞고 답을 구하면

따라서 t=0\displaystyle t=0을 대입하면 f(0)=0\displaystyle f\prime(0)=0이다.

+20점 · 2f(t)f(t)=2f(t)f(t)\displaystyle 2f\prime(t)f\prime\prime(t)=2f(t)f\prime(t)를 구하면

(2-2) 1+f(t)2=f(t)\displaystyle \sqrt{1+f\prime(t)^2}=f(t)에서 1+f(t)2=f(t)2\displaystyle 1+f\prime(t)^2=f(t)^2이다.미분하면 2f(t)f(t)=2f(t)f(t)\displaystyle 2f\prime(t)f\prime\prime(t)=2f(t)f\prime(t)이고

+20점 · f(t)=f(t)\displaystyle f\prime\prime(t)=f(t)를 구하면

f(t)>0\displaystyle f\prime(t)>0이므로 f(t)=f(t)\displaystyle f\prime\prime(t)=f(t)이다.

+20점 · g(x)=g(x)\displaystyle g\prime(x)=g(x)를 구하면

그러므로 g(x)=f(x)+f(x)=f(x)+f(x)=g(x)\displaystyle g\prime(x)=f\prime(x)+f\prime\prime(x)=f\prime(x)+f(x)=g(x)이다.

+20점 · 앞의 과정이 맞고 g(x)=ex\displaystyle g(x)=e^x를 구하면

조건 (나)에 의해 g(x)>0\displaystyle g(x)>0이므로 g(x)g(x)=1\displaystyle \frac{g\prime(x)}{g(x)}=1이고, 양변을 적분하면 lng(x)=x+c\displaystyle \ln g(x)=x+c이다.조건 (가)와 (2-1)의 결과로부터 g(0)=f(0)+f(0)=1\displaystyle g(0)=f(0)+f\prime(0)=1이므로 c=0\displaystyle c=0이다. 그러므로 g(x)=ex\displaystyle g(x)=e^x이다.

+40점 · 인수분해하고 f(x)f(x)=ex\displaystyle f(x)-f\prime(x)=e^{-x}를 구하면

(2-3) 1=f(x)2f(x)2=(f(x)+f(x))(f(x)f(x))\displaystyle 1=f(x)^2-f\prime(x)^2=(f(x)+f\prime(x))(f(x)-f\prime(x))이므로 f(x)f(x)=1g(x)=ex\displaystyle f(x)-f\prime(x)=\frac1{g(x)}=e^{-x}이다.

+40점 · 앞의 과정이 맞고 답을 구하면

한편, (2-2)에 의해 g(x)=f(x)+f(x)=ex\displaystyle g(x)=f(x)+f\prime(x)=e^x이므로 앞의 식과 연립하여 풀면f(x)=12(ex+ex)\displaystyle f(x)=\frac12(e^x+e^{-x})이다.

(2-2) 풀이 없이 답만 쓰면 (0점)

(2-3) 풀이 없이 답만 쓰면 (0점)

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