(제시문1) 일대일 대응함수 f:X→Y에서 정의역 X의 원소 x1,x2에 대하여 x1=x2이면 f(x1)=f(x2)가 성립하고 치역과 공역이 서로 같을 때, 함수 f를 일대일 대응이라 한다.(제시문2) 함수의 연속함수 f(x)가 실수 a에 대하여 다음 조건을 모두 만족시킬 때, f(x)는 x=a에서 연속이라 한다.①f(x)가 x=a에서 정의되어 있다.②극한값 x→alimf(x)가 존재한다.(x→a+limf(x)=x→a−limf(x)=L일 때, x→alimf(x)=L이다.)③x→alimf(x)=f(a)(제시문3) 평균값 정리함수 f(x)가 닫힌 구간 [a,b]에서 연속이고 열린 구간 (a,b)에서 미분가능할 때,b−af(b)−f(a)=f′(c)인 c가 열린 구간 (a,b)에 적어도 하나 존재한다.(제시문4) 거듭제곱근실수 a에 대하여 n이 2이상의 자연수일 때, n제곱하여 a가 되는 수, 즉 방정식xn=a를 만족시키는 수 x를 a의 n제곱근이라 한다. 또한 a>0일 때, a의 n제곱근 중에서 양의 실수인 것을 na라고 한다.
문제 3-1 [10점]집합 X={x∣1≤x≤a,a>1}에 대하여 X에서 X로의 함수 f(x)=(x−1)3+b가 일대일 대응일 때, 다음 물음에 답하시오. (단, a,b는 상수이다.)
(1)a,b의 값을 구하고, 함수 f(x)를 구하시오.(2)함수 f(x)가 닫힌 구간 [1,a]에서 (제시문3)의 평균값 정리를 만족시키는 상수 c의 값을 구하시오.
문제 3-2 [15점](문제 3-1)에서 구한 상수 a,b에 대하여 다음 조건을 만족시키는 함수를 g(x)라 할 때, 물음에 답하시오.
(가)g(x)=(x−1)3+b(1≤x≤a)(나)모든 실수 x에 대하여 g(x)=g(x−1)+2p인 상수 p가 존재한다.
(1)상수 p의 값을 구하시오.(2)닫힌 구간 [−1,3]에서 함수 y=g(x)의 그래프를 그리시오.(3)함수 g(x)의 역함수를 u(x)라 할 때, ∫−13u(x)dx의 값을 구하시오.
문제 3-3 [15점](문제 3-2)에서 구한 함수 g(x)에 대하여 다음 물음에 답하시오.
(1)자연수 n에 대하여 G(n)을G(n)=∫nn+1g(x)dx라 할 때, n=1∑10G(n)G(n+1)45의 값을 구하시오.
(2)함수H(x)={g(x)25x3−1(x<d)(x≥d)에 대하여 x=d에서 함수 H(x)는 불연속이고, 함수 ∣H(x)∣는 연속이 되도록 하는 상수 d의 값을 구하시오.
해설강의 준비중
한국공학대 2019학년도 수시 자연계열 (오전) 3번 · mathesis.kr/archive/tukorea/2019su/jayeon_am_3
문제 3-1(1) 함수 f(x)=(x−1)3+b가 닫힌 구간 [1,a]에서 증가하고 함수 f(x)가 일대일대응이므로 (제시문1)에 의하여 f(1)=1이고 f(a)=a이다. f(1)=1에서 b=1이고,f(a)=a에서 (a−1)3+1=a,a(a−1)(a−2)=0,a=0,1,2이때 a>1이므로 a=2이다.따라서 함수 f(x)는 f(x)=(x−1)3+1(1≤x≤2)이다.
(2) 함수 f(x)=(x−1)3+1이 닫힌 구간 [1,2]에서 연속이고 열린 구간 (1,2)에서 미분가능하므로 (제시문3) 평균값 정리에 의하여2−1f(2)−f(1)=f′(c),2−12−1=3c2−6c+3c=33−3 또는 c=33+31<c<2이므로 c=33+3이다.
문제 3-2(1) (문제3-1)에서 구한 a,b를 대입하면 g(x)=(x−1)3+1(1≤x≤2)이다.조건 (나)에서 x=2이면 g(2)=g(1)+2p이므로 2=1+2p에서 p=21이다.
(2) 함수 g(x)=(x−1)3+1(1≤x≤2)는 조건 (나)에서 모든 실수 x에 대하여 g(x)=g(x−1)+1을 만족시키므로 2≤x≤3에서 g(x)의 그래프는 g(x)=(x−1)3+1(1≤x≤2)의 그래프를 x축의 방향으로 1만큼, y축의 방향으로 1만큼 평행이동한 것이다. 즉, g(x)=(x−2)2+2(2≤x≤3)Correction.g(x)=(x−2)2+2의 지수 2는 3의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.함수 g(x)=(x−1)3+1(1≤x≤2)는 조건 (나)에서 모든 실수 x에 대하여 g(x)=g(x+1)−1을 만족시키므로 0≤x≤1에서 g(x)의 그래프는 g(x)=(x−1)3+1(1≤x≤2)의 그래프를 x축의 방향으로 −1만큼, y축의 방향으로 −1만큼 평행이동한 것이다. 즉, g(x)=x3(0≤x≤1)함수 g(x)=x3(0≤x≤1)는 조건 (나)에서 모든 실수 x에 대하여 g(x)=g(x+1)−1을 만족시키므로 −1≤x≤0에서 g(x)의 그래프는 g(x)=x3(0≤x≤1)의 그래프를 x축의 방향으로 −1만큼, y축의 방향으로 −1만큼 평행이동한 것이다. 즉, g(x)=(x+1)3−1(−1≤x≤0)
(3) ∫−13u(x)dx=∫−10u(x)dx+∫03u(x)dx두 곡선 y=g(x)와 y=u(x)는 직선 y=x에 대하여 대칭이므로(ⅰ) ∫−10u(x)dx=−∫−10{g(x)−(−1)}dx=−∫−10{(x+1)3−1+1}dx=−∫−10(x3+3x2+3x+1)dx=−[4x4+x3+23x2+x]−10=−41(ⅱ) ∫03u(x)dx=3×3−∫03g(x)dx=9−(1+2+3∫01x3dx)=6−3∫01x3dx=421따라서 (ⅰ),(ⅱ)에 의하여∫−13u(x)dx=∫−10u(x)dx+∫03u(x)dx=−41+421=5
문제 3-3(1) 자연수 n에 대하여 닫힌 구간 [n,n+1]에서 함수 y=g(x)는 g(x)=(x−n)3+n이므로G(n)=∫nn+1g(x)dx=∫nn+1{(x−n)3+n}dx=n+∫01x3dx=n+41G(n)=n+41이므로n=1∑10G(n)G(n+1)45=n=1∑10(n+41)(n+45)45=45n=1∑10(4n+1)(4n+5)16=180n=1∑10(4n+11−4n+51)=180{(51−91)+(91−131)+(131−171)+⋯+(411−451)}=180(51−451)=32따라서 n=1∑10G(n)G(n+1)45=32
(2) (Ⅰ) 함수 h(x)를 h(x)=25x3−1라 하면 두 곡선 y=g(x)와 y=h(x)의 그래프는 다음과 같다. 두 곡선 y=g(x)와 y=h(x)는 구간 [0,1]에서 만나므로x3=25x3−1,x3=32,x=332따라서 H(x)는 x=d(d=332)에서 불연속이므로 d∈{x∣x=332인실수}이다.
(Ⅱ) 함수 ∣H(x)∣가 x=d에서 연속이 되려면 (제시문2)에 의하여∣H(d)∣=x→d−lim∣H(x)∣=x→d+lim∣H(x)∣,∣g(d)∣=∣h(d)∣(ⅰ) g(d)=h(d)일 때(Ⅰ)에 의하여 함수 ∣H(x)∣는 x=332에서 연속이다.(ⅱ) g(d)=−h(d)일 때함수 g(x)는 실수 전체의 집합에서 연속이고 증가한다. 그리고 함수 y=−h(x)는 실수 전체의 집합에서 연속이고 감소한다.g(0)=0,−h(0)=1,g(1)=1,−h(1)=−23이므로 구간 [0,1]에서 함수 g(x)=x3의 그래프와 곡선 y=−h(x)가 만난다.d3=−(25d3−1),d3=72. (제시문4)에 의하여 d=372(ⅰ),(ⅱ)에 의하여 함수 ∣H(x)∣는 d=332와 d=372일 때만 연속이 된다.따라서 (Ⅰ),(Ⅱ)에 의하여 함수 H(x)가 x=d에서 불연속이고, 함수∣H(x)∣가 연속이 되는 d의 값은 d=372이다.