수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 (오후) 2번

문제

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1limh0+f(0+h)f(0)h=limh0+h2+12h12(12)h=12.\displaystyle \lim_{h\to0+}\frac{f(0+h)-f(0)}h=\lim_{h\to0+}\frac{h^2+\frac12h-\frac12-\left(-\frac12\right)}h=\frac12.limh0f(0+h)f(0)h=limh0h212h12(12)h=12.\displaystyle \lim_{h\to0-}\frac{f(0+h)-f(0)}h=\lim_{h\to0-}\frac{h^2-\frac12h-\frac12-\left(-\frac12\right)}h=-\frac12.그러므로 x=0\displaystyle x=0에서의 미분계수 f(0)=limh0f(0+h)f(0)h\displaystyle f^{\prime}(0)=\lim_{h\to0}\frac{f(0+h)-f(0)}h는 존재하지 않는다.그러므로 함수 f(x)\displaystyle f(x)x=0\displaystyle x=0에서 미분불가능하다.

2(1) g(x)=f(x)=f(x)=g(x)\displaystyle g(-x)=|f(-x)|=|f(x)|=g(x)이다.

(2) h(x)=0x(t2+12+g(t))dt=x0(t2+12+g(t))dt\displaystyle h(-x)=\int_0^{-x}\left(t^2+\frac12+g(t)\right)\,dt=-\int_{-x}^0\left(t^2+\frac12+g(t)\right)\,dt피적분 함수 t2+12+g(t)\displaystyle t^2+\frac12+g(t)y\displaystyle y축에 대해 대칭이므로 구간 [x,0]\displaystyle [-x,0]에서의 적분 값은 구간 [0,x]\displaystyle [0,x]에서의 적분 값과 같다. 그러므로x0(t2+12+g(t))dt=0x(t2+12+g(t))dt\displaystyle \int_{-x}^0\left(t^2+\frac12+g(t)\right)\,dt=\int_0^x\left(t^2+\frac12+g(t)\right)\,dt이고h(x)=0x(t2+12+g(t))dt=h(x)\displaystyle h(-x)=-\int_0^x\left(t^2+\frac12+g(t)\right)\,dt=-h(x)가 성립한다.

3부등식 (yf(x)+12)(yg(x)+12)<0\displaystyle \left(y-f(x)+\frac12\right)\left(y-g(x)+\frac12\right)<0은 다음 두 경우로 나누어진다.(i) yf(x)+12>0\displaystyle y-f(x)+\frac12>0 이고 yg(x)+12<0\displaystyle y-g(x)+\frac12<0(ii) yf(x)+12<0\displaystyle y-f(x)+\frac12<0 이고 yg(x)+12>0\displaystyle y-g(x)+\frac12>0y=f(x)12\displaystyle y=f(x)-\frac12y=g(x)12\displaystyle y=g(x)-\frac12의 그래프는 y=f(x)\displaystyle y=f(x)y=g(x)\displaystyle y=g(x)의 그래프를 각각 y\displaystyle y축의 음의 방향으로 12\displaystyle \frac12평행 이동한 것과 같다.경우 (i)을 만족하는 영역은 오른쪽 그림(경계 제외)과 같고 경우 (ii)만족하는 영역은 공집합이므로 두 경우 (i), (ii)에 의해 구하는 영역 A\displaystyle A는 오른쪽 그림(경계 제외)과 같다.영역 A\displaystyle A의 넓이=4012x212x+12dx=4[13x314x2+12x]012=712\displaystyle \begin{aligned}&=4\int_0^{\frac12}-x^2-\frac12x+\frac12\,dx\\&=4\Biggl[-\frac13x^3-\frac14x^2+\frac12x\Biggr]_0^{\frac12}=\frac7{12}\end{aligned}구하는 영역 A\displaystyle A의 넓이는 712\displaystyle \frac7{12}이다.

부등식이 나타내는 영역 A

4(i) 곡선y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 직선 y=5x+k\displaystyle y=5x+k가 접하는 경우의 접점은 f(x)=2x+12=5\displaystyle f^{\prime}(x)=2x+\frac12=5로부터 x=94\displaystyle x=\frac94이고 y=f(94)=9116\displaystyle y=f\left(\frac94\right)=\frac{91}{16}이다.그러므로 접점의 좌표는 (94,9116)\displaystyle \left(\frac94,\frac{91}{16}\right)이고 이를 y=5x+k\displaystyle y=5x+k에 대입하면 k=8916\displaystyle k=-\frac{89}{16}이다.오른쪽 그림에 의해 함수 I(k)\displaystyle I(k)I(k)={0,k<89161,k=89162,k>8916\displaystyle I(k)=\begin{cases}0,&k<-\frac{89}{16}\\1,&k=-\frac{89}{16}\\2,&k>-\frac{89}{16}\end{cases}이다.

대학 원본의 영역 또는 접선 그림

(ii) 곡선y=f(x)+g(x)\displaystyle y=f(x)+g(x)의 직선 y=5x+k\displaystyle y=5x+k가 접하는 경우 (f(x)+g(x))=(2x2+x1)=5\displaystyle (f(x)+g(x))^{\prime}=(2x^2+x-1)^{\prime}=5로부터 x=1\displaystyle x=1이고 f(1)+g(1)=2\displaystyle f(1)+g(1)=2이므로 접점의 좌표는 (1,2)\displaystyle (1,2)이다. (1,2)\displaystyle (1,2)y=5x+k\displaystyle y=5x+k에 대입하면 k=3\displaystyle k=-3이다.그러므로 오른쪽 그림에 의해 함수 I(k)\displaystyle I(k)Correction. (ii)에서 ‘함수 I(k)\displaystyle I(k)는’의 I(k)\displaystyle I(k)J(k)\displaystyle J(k)의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.J(k)={0,k<31,k=32,k>3\displaystyle J(k)=\begin{cases}0,&k<-3\\1,&k=-3\\2,&k>-3\end{cases}이다.

대학 원본의 영역 또는 접선 그림

(i)과 (ii)에 의해 22I(k)J(k)dk=224dk=16\displaystyle \int_{-2}^2I(k)J(k)\,dk=\int_{-2}^24\,dk=16이다.

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