수리논술, 이게 다다.

의예과 2번

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문제

【문제 2】 (120점) 실수 전체의 집합에서 미분가능한 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) y=f(x)\displaystyle y=f(x)가 나타내는 도형을 y\displaystyle y축에 대하여 대칭이동한 후, x\displaystyle x축의 방향으로 2\displaystyle 2만큼 평행이동한 도형의 방정식은 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 이다.

(나) y=f(x)\displaystyle y=f(x)가 나타내는 도형을 y\displaystyle y축에 대하여 대칭이동한 후, x\displaystyle x축의 방향으로 100\displaystyle 100만큼 평행이동한 도형의 방정식은 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 이다.

(다) {f(x)∣1<x<50}⊂{x∣1<x<50}\displaystyle \{f(x)\mid1<x<50\}\subset\{x\mid1<x<50\} 이다.

(라) 1<x<50\displaystyle 1<x<50 인 모든 x\displaystyle x에 대하여 f′(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0 이다.

다음 물음에 답하시오.

(1) 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(x+p)=f(x)\displaystyle f(x+p)=f(x)를 만족시키는 양수 p\displaystyle p 를 하나만 구하시오.

(2) 실수 전체의 집합에서 정의된 합성함수 g(x)=(f∘f)(x)\displaystyle g(x)=(f\circ f)(x)에 대하여 다음을 만족시키는 자연수 n\displaystyle n의 최솟값을 구하시오. (단, n≥2\displaystyle n\ge2 이다.)

∑k=2ng′(k)=0\displaystyle \sum_{k=2}^{n}g^{\prime}(k)=0

해설강의 준비중
+20점 · 도형의 이동 정의를 이용하여 f(x)=f(2−x)\displaystyle f(x)=f(2-x)와 f(x)=f(100−x)\displaystyle f(x)=f(100-x)를 안다.

2-1. ① (가)에 의하여 f(x)=f(2−x)\displaystyle f(x)=f(2-x)이고 (나)에 의하여 f(x)=f(100−x)\displaystyle f(x)=f(100-x)이므로 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(100−x)=f(2−x)\displaystyle f(100-x)=f(2-x) 이다.

+20점 · 항등식 f(100−x)=f(2−x)\displaystyle f(100-x)=f(2-x)으로부터 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(98+x)=f(x)\displaystyle f(98+x)=f(x) 임을 안다.

② 2−x\displaystyle 2-x를 x\displaystyle x로 치환하면 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 f(98+x)=f(x)\displaystyle f(98+x)=f(x)이다.

+20점 · 2≤n<50\displaystyle 2\le n<50이면 ∑k=2ng′(k)>0\displaystyle \sum_{k=2}^{n}g^{\prime}(k)>0 임을 안다.

2-2 ① 2≤n<50\displaystyle 2\le n<50이면 ∑k=2ng′(k)>0\displaystyle \sum_{k=2}^{n}g^{\prime}(k)>0 이다. 그 이유는 다음과 같다.(다)와 (라)에 의하여 2≤x<50\displaystyle 2\le x<50인 x\displaystyle x에 대하여 g′(x)=f′(f(x))f′(x)>0\displaystyle g^{\prime}(x)=f^{\prime}(f(x))f^{\prime}(x)>0 이므로 ∑k=2ng′(k)=0\displaystyle \sum_{k=2}^{n}g^{\prime}(k)=0을 만족시키는 n\displaystyle n의 값은 50 이상이다.

+20점 · ∑k=298g′(k)=0\displaystyle \sum_{k=2}^{98}g^{\prime}(k)=0 임을 안다.

② ∑k=298g′(k)=0\displaystyle \sum_{k=2}^{98}g^{\prime}(k)=0이다. 그 이유는 다음과 같다.g′(100−k)=f′(f(100−k))f′(100−k)=f′(f(k))−f′(k)=−g′(k)\displaystyle g^{\prime}(100-k)=f^{\prime}(f(100-k))f^{\prime}(100-k)=f^{\prime}(f(k))-f^{\prime}(k)=-g^{\prime}(k)이므로 g′(100−50)=−g′(50)\displaystyle g^{\prime}(100-50)=-g^{\prime}(50)이고 그 결과 g′(50)=0\displaystyle g^{\prime}(50)=0이다.Correction. 대학 답안의 f′(f(k))−f′(k)\displaystyle f^{\prime}(f(k))-f^{\prime}(k)는 −f′(f(k))f′(k)\displaystyle -f^{\prime}(f(k))f^{\prime}(k)로 읽어야 한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.따라서 ∑k=298g′(k)={g′(2)+g′(100)}+⋯+{g′(49)+g′(51)}+g′(50)=0\displaystyle \sum_{k=2}^{98}g^{\prime}(k)=\{g^{\prime}(2)+g^{\prime}(100)\}+\cdots+\{g^{\prime}(49)+g^{\prime}(51)\}+g^{\prime}(50)=0 이다.Correction. 대학 답안에서 g′(2)\displaystyle g^{\prime}(2)와 짝지은 g′(100)\displaystyle g^{\prime}(100)은 g′(98)\displaystyle g^{\prime}(98)의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

+40점

③ 50≤n<98\displaystyle 50\le n<98이면 ∑k=2ng′(k)>0\displaystyle \sum_{k=2}^{n}g^{\prime}(k)>0 이다. 그 이유는 다음과 같다.∑k=2ng′(k)=∑k=249g′(k)+g′(50)+∑k=51ng′(k)=∑k=249g′(k)+∑k=100−n49g′(100−k)=∑k=299−ng′(k)+∑k=100−n49(g′(k)+g′(100−k))=∑k=299−ng′(k)>0\displaystyle \begin{aligned}\sum_{k=2}^{n}g^{\prime}(k)&=\sum_{k=2}^{49}g^{\prime}(k)+g^{\prime}(50)+\sum_{k=51}^{n}g^{\prime}(k)=\sum_{k=2}^{49}g^{\prime}(k)+\sum_{k=100-n}^{49}g^{\prime}(100-k)\\&=\sum_{k=2}^{99-n}g^{\prime}(k)+\sum_{k=100-n}^{49}(g^{\prime}(k)+g^{\prime}(100-k))=\sum_{k=2}^{99-n}g^{\prime}(k)>0\end{aligned}

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