수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

[문제 3] (105점)

실수 전체의 집합에서 미분가능한 두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)가 다음 조건을 모두 만족시킬 때, {f(1)}2+{g(1)}2\displaystyle \{f(1)\}^{2}+\{g(1)\}^{2}의 값을 구하여라.

(1) ∫0xetf(t) dt=ex{f(x)−g(x)}+12\displaystyle \int_{0}^{x}e^{t}f(t)\,dt=\frac{e^{x}\{f(x)-g(x)\}+1}{2}(2) ∫0xetg(t) dt=ex{f(x)+g(x)}−12\displaystyle \int_{0}^{x}e^{t}g(t)\,dt=\frac{e^{x}\{f(x)+g(x)\}-1}{2}

해설강의 준비중

논술 미분방정식

관련 개념강의 준비중
+15점 · 초기 함수값을 올바르게 구한다.

조건 (1)과 (2)에 x=0\displaystyle x=0을 대입하여 정리하면 f(0)=0\displaystyle f(0)=0이고 g(0)=1\displaystyle g(0)=1이다.

+50점 · 두 적분 조건으로부터 함수와 도함수 사이의 관계를 구한다.

부분적분법에 의해 ∫0xetf(t) dt=exf(x)−∫0xetf′(t) dt\displaystyle \int_{0}^{x}e^{t}f(t)\,dt=e^{x}f(x)-\int_{0}^{x}e^{t}f^{\prime}(t)\,dt이므로 조건 (1)과 (2)에 의해∫0xetf′(t) dt=ex{f(x)+g(x)}−12=∫0xetg(t) dt\displaystyle \int_{0}^{x}e^{t}f^{\prime}(t)\,dt=\frac{e^{x}\{f(x)+g(x)\}-1}{2}=\int_{0}^{x}e^{t}g(t)\,dt이다.모든 실수 x\displaystyle x에 대해 ∫0xet{f′(t)−g(t)} dt=0\displaystyle \int_{0}^{x}e^{t}\{f^{\prime}(t)-g(t)\}\,dt=0이므로 정적분과 미분의 관계에 의해 ex{f′(x)−g(x)}=0\displaystyle e^{x}\{f^{\prime}(x)-g(x)\}=0이다.따라서 모든 실수 x\displaystyle x에 대해 f′(x)=g(x)\displaystyle f^{\prime}(x)=g(x)이다.마찬가지로 ∫0xetg(t) dt={exg(x)−1}−∫0xetg′(t) dt\displaystyle \int_{0}^{x}e^{t}g(t)\,dt=\{e^{x}g(x)-1\}-\int_{0}^{x}e^{t}g^{\prime}(t)\,dt이므로 모든 실수 x\displaystyle x에 대해 g′(x)=−f(x)\displaystyle g^{\prime}(x)=-f(x)이다.

+25점 · 두 함수값의 제곱의 합이 일정함을 보이거나 두 함수를 올바르게 결정한다.

함수 h(x)={f(x)}2+{g(x)}2\displaystyle h(x)=\{f(x)\}^{2}+\{g(x)\}^{2}라 하면, h(x)\displaystyle h(x)는 모든 실수 x\displaystyle x에 대하여 미분가능하고h′(x)=2f′(x)f(x)+2g′(x)g(x)=2g(x)f(x)−2f(x)g(x)=0\displaystyle h^{\prime}(x)=2f^{\prime}(x)f(x)+2g^{\prime}(x)g(x)=2g(x)f(x)-2f(x)g(x)=0이므로 h(x)\displaystyle h(x)는 상수함수이다.

+15점 · 구하는 값을 올바르게 계산한다.

f(0)=0\displaystyle f(0)=0이고 g(0)=1\displaystyle g(0)=1이므로h(0)={f(0)}2+{g(0)}2=1\displaystyle h(0)=\{f(0)\}^{2}+\{g(0)\}^{2}=1이다.따라서 모든 실수 x\displaystyle x에 대해{f(x)}2+{g(x)}2=h(x)=h(0)=1\displaystyle \{f(x)\}^{2}+\{g(x)\}^{2}=h(x)=h(0)=1이고{f(1)}2+{g(1)}2=1\displaystyle \{f(1)\}^{2}+\{g(1)\}^{2}=1이다.

다른 타당한 풀이도 해당 단계의 논증과 계산이 옳으면 같은 배점을 인정한다.

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