수리논술, 이게 다다.

의예과 3번

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문제

모든 실수 t\displaystyle t에 대하여 연속인 함수 f,g\displaystyle f,g가 다음 조건을 모두 만족시킨다.

(가) 모든 실수 t\displaystyle t에 대하여, f(t)>0\displaystyle f(t)>0

(나) 모든 실수 t\displaystyle t에 대하여, g(t)+g(−t)=0\displaystyle g(t)+g(-t)=0이고 t>0\displaystyle t>0일 때, g(t)<0\displaystyle g(t)<0

(다) t>0\displaystyle t>0일 때, 45g(t)(−g(t)5f(t))1/4+t2>0\displaystyle \frac45g(t)\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}+t^2>0

이때, x\displaystyle x에 대한 방정식 f(t)x5+g(t)x+t2=0\displaystyle f(t)x^5+g(t)x+t^2=0의 실근의 개수를 t\displaystyle t의 값에 따라 분류하시오. [70점]

해설강의 준비중
+5점 · (1) g\displaystyle g의 여러 성질을 구한 경우 5점

(1) (나) 로 부터 g(0)=0\displaystyle g(0)=0이고 모든 t<0 g(t)>0\displaystyle t<0\ g(t)>0이다.

+25점 · (3) t<0\displaystyle t<0인 경우를 보였을 때 25점 추가

(2) t<0\displaystyle t<0인 경우 : P(x)=f(t)x5+g(t)x+t2\displaystyle P(x)=f(t)x^5+g(t)x+t^2라 놓으면 P′(x)=5f(t)x4+g(t)>0\displaystyle P^{\prime}(x)=5f(t)x^4+g(t)>0이고 P\displaystyle P는 충분히 큰 양수 x1\displaystyle x_1에 대하여, 즉 P(x1)>0\displaystyle P(x_1)>0이고 음이면서 그 절대값이 충분히 큰 x2\displaystyle x_2에 대하여, 즉 P(x2)<0\displaystyle P(x_2)<0이다. 그러므로 사잇값 정리에 의해 단 하나의 실근을 갖는다.

+10점 · (2) t=0\displaystyle t=0인 경우를 보였을 때 10점 추가

(3) t=0\displaystyle t=0인 경우 : P(x)=f(0)x5+g(0)x=f(0)x5\displaystyle P(x)=f(0)x^5+g(0)x=f(0)x^5이므로 x=0\displaystyle x=0에서 5중근을 갖는다.

+30점 · (4) t>0\displaystyle t>0인 경우를 보였을 때 30점 추가

(4) t>0\displaystyle t>0인 경우 : P′(x)=0\displaystyle P^{\prime}(x)=0에서 x=±(−g(t)5f(t))1/4\displaystyle x=\pm\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}을 얻는다. 그리고P′′((−g(t)5f(t))1/4)>0,P′′(−(−g(t)5f(t))1/4)<0\displaystyle P^{\prime\prime}\left(\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}\right)>0,P^{\prime\prime}\left(-\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}\right)<0이다. 그러므로, P(x)\displaystyle P(x)는 x=(−g(t)5f(t))1/4\displaystyle x=\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}에서 극소를 x=−(−g(t)5f(t))1/4\displaystyle x=-\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}에서 극대를 갖는다. 또한 (다) 조건으로부터P((−g(t)5f(t))1/4)=f(t)((−g(t)5f(t))1/4)5+f(t)(−g(t)5f(t))1/4+t2=45g(t)(−g(t)5f(t))1/4+t2>0\displaystyle \begin{aligned}P\left(\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}\right)&=f(t)\left(\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}\right)^5+f(t)\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}+t^2\\&=\frac45g(t)\left(\frac{-g(t)}{5f(t)}\right)^{1/4}+t^2>0\end{aligned}Correction. 대학 답안의 극솟값 계산에서 일차항에 곱한 f(t)\displaystyle f(t)는 g(t)\displaystyle g(t)의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.이다. 그러므로 P(x)\displaystyle P(x)는 단 한 개의 실근을 갖는다.

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