함수 f(x)가 닫힌구간 [a,b]에서 연속이고 미분가능한 함수 x=g(t)에 대하여 a=g(α), b=g(β)일 때 도함수 g′(t)가 α, β를 포함하는 구간에서 연속이면∫abf(x)dx=∫αβf(g(t))g′(t)dt[출처 : 미적분 「여러 가지 적분법」]
0≤x≤2에서 정의된 증가함수 f(x)는 2보다 큰 실수 a에 대하여 다음 조건을 모두 만족한다.
(i)f(x)는 닫힌구간 [0,2]에서 연속이고 열린구간 (0,2)에서 미분가능하다.(ii)f(0)=0(iii)닫힌구간 [0,1]에 속하는 모든 x에 대하여f(1+x)+af(1−x)=3(단, a>2)(iv)∫02f(x)dx=2
함수 f(x)의 역함수를 g(x)라고 할 때, 정적분 ∫0f(1)g(x)dx가 최대가 되는 실수 a의 값을 구하시오.
해설강의 준비중
숭실대 2021학년도 수시 자연계열 I 2번 · mathesis.kr/archive/ssu/2021su/jayeon1_2
+20점 · 주어진 조건으로부터 문제가 원하는 정적분을 올바른 함수로 표현하고 이로부터 최대·최소를 정확하게 계산할 수 있다.
조건 (ii)에 의해 f(0)=0이므로 함수 f(x)와 역함수 g(x)는 관계식∫01f(x)dx+∫0f(1)g(x)dx=1×f(1)을 만족한다.
조건 (iii)에 x=0을 대입하면 f(1)+af(1)=(a+1)f(1)=3이므로 f(1)=a+13이다.조건 (iii), (iv)와 치환적분법을 이용하면3=∫013dx=∫01(f(1+x)+af(1−x))dx=∫12f(x)dx+a∫01f(x)dx=2−∫01f(x)dx+a∫01f(x)dx이므로 ∫01f(x)dx=a−11이다.따라서 정적분 ∫0f(1)g(x)dx는 실수 a에 대한 함수 h(a)로 다음과 같이 쓸 수 있다.h(a)=∫0f(1)g(x)dx=f(1)−∫01f(x)dx=a+13−a−11=a2−12a−4 (단, a>2)도함수 h′(a)=(a2−1)22(a2−1)−2a(2a−4)=(a2−1)2−2a2+8a−2는 a=2±3에서 0이므로 h(a)의 증가와 감소를 다음과 같은 표로 나타낼 수 있다.