함수 f(x)가 실수 a에 대하여 다음 세 조건을 모두 만족시킬 때, f(x)는 x=a에서 연속이라고 한다.(i)함수 f(x)가 x=a에서 정의되어 있다.(ii)극한값 x→alimf(x)가 존재한다.(iii)x→alimf(x)=f(a)[출처 : 수학II 「함수의 연속」]
함수 f(x)와 g(x)가 아래와 같이 주어져 있다.f(x)={1−x21−ax2(x≤0)(x>0)(단, a는상수),g(x)={−x+21−x−41(x≤0)(x>0)합성함수 f(g(x))는 연속이라고 하자.이때 한 변이 x축 위에 있고, 함수 f(x)의 그래프와 x축으로 둘러싸인 도형에 내접하는 직사각형의 넓이의 최댓값을 구하시오.
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숭실대 2024학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/ssu/2024su/jayeon_3
+25점 · 연속성을 통하여 함수의 계수를 계산하고, 주어진 성질을 만족하는 직사각형의 넓이를 함수로 표현하고 미분하여 최댓값을 구할 수 있다.
합성함수 f(g(x))는 다음과 같다.f(g(x))={1−a(−x+21)21−(−x−41)2x≤0x>0이 함수가 x=0에서 연속이기 위해서는 좌극한, 우극한과 함숫값이 일치해야 한다. 따라서1−22a=x→0−limf(g(x))=f(g(0))=x→0+limf(g(x))=1−421이어야 하므로, a=41이다.
직사각형의 오른쪽 변의 x좌표를 m이라고 하자. 이때 직사각형의 오른쪽 위 꼭짓점은 A(m,1−41m2)이 된다.직사각형의 왼쪽 위 꼭짓점은 B(n,1−41m2)이고 이 점은 곡선 y=1−x2위에 있으므로 다음 식이 성립한다.1−n2=1−41m2따라서 n=−2m이고 직사각형의 넓이는 다음과 같다.S(m)=(1−4m2)(m+2m)=23m−83m3S′(m)=23−89m2(0<m<2)이고 함수 S(m)의 증감표는 다음과 같다.