수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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[문제 2-1] 도함수의 정의를 이용하여, 함수 y=cos2x\displaystyle y=\cos2x의 도함수를 유도하시오. (15점)

(풀이)

도함수의 정의에 의하여, 함수 y=cos2x\displaystyle y=\cos2x의 도함수는y=limh0cos2(x+h)cos2xh=limh0cos2xcos2hsin2xsin2hcos2xh=limh0cos2x(cos2h1)hlimh0sin2xsin2hh=cos2x(limh0cos2h1h)sin2x(limh0sin2hh),\displaystyle \begin{aligned}y^{\prime}&=\lim_{h\to0}\frac{\cos2(x+h)-\cos2x}h\\&=\lim_{h\to0}\frac{\cos2x\cos2h-\sin2x\sin2h-\cos2x}h\\&=\lim_{h\to0}\frac{\cos2x(\cos2h-1)}h-\lim_{h\to0}\frac{\sin2x\sin2h}h\\&=\cos2x\left(\lim_{h\to0}\frac{\cos2h-1}h\right)-\sin2x\left(\lim_{h\to0}\frac{\sin2h}h\right),\end{aligned}여기서 limh0cos2h1h=limh0cos2h12h×2=0\displaystyle \lim_{h\to0}\frac{\cos2h-1}h=\lim_{h\to0}\frac{\cos2h-1}{2h}\times2=0limh0sin2hh=limh0sin2h2h×2=2\displaystyle \lim_{h\to0}\frac{\sin2h}h=\lim_{h\to0}\frac{\sin2h}{2h}\times2=2을 이용하면,=2sin2x\displaystyle =-2\sin2x

[문제 2-2] 함수가 f(x)=excos2x\displaystyle f(x)=e^{-x}\cos2x일 때, 도함수의 정의를 이용하여, 극한값limx01x[f(x)+f(2x)+f(3x)++f(2023x)2023]\displaystyle \lim_{x\to0}\frac1x[f(x)+f(2x)+f(3x)+\cdots+f(2023x)-2023]을 구하시오. (15점)

(풀이)

함수 f(x)=excos2x\displaystyle f(x)=e^{-x}\cos2x에서 f(0)=1\displaystyle f(0)=1이다. 또한f(x)=excos2x2exsin2x\displaystyle f^{\prime}(x)=-e^{-x}\cos2x-2e^{-x}\sin2x이므로 f(0)=1\displaystyle f^{\prime}(0)=-1이다.도함수의 정의를 이용하기 위하여,limx01x[f(kx)f(0)]=limx0f(kx)f(0)kx0×k=kf(0)\displaystyle \lim_{x\to0}\frac1x[f(kx)-f(0)]=\lim_{x\to0}\frac{f(kx)-f(0)}{kx-0}\times k=kf^{\prime}(0)을 이용하자.limx01x[f(x)+f(2x)+f(3x)++f(2023x)2023]=limx01x[(f(x)f(0))+(f(2x)f(0))+(f(3x)f(0))++(f(2023x)f(0))]=(1+2++2023)f(0)=(1+2++2023)=2023(2023+1)2=2,047,276\displaystyle \begin{aligned}&\lim_{x\to0}\frac1x[f(x)+f(2x)+f(3x)+\cdots+f(2023x)-2023]\\&=\lim_{x\to0}\frac1x[(f(x)-f(0))+(f(2x)-f(0))+(f(3x)-f(0))+\cdots+(f(2023x)-f(0))]\\&=(1+2+\cdots+2023)f^{\prime}(0)\\&=-(1+2+\cdots+2023)=-\frac{2023(2023+1)}2=-2,047,276\end{aligned}

[2-1] (15점)(상) 답이 맞고 그 과정을 명확히 제시한 경우(중상) 답은 맞지만 그 과정을 잘 못 제시한 경우(중하) 답은 틀렸지만 계산식도 꾸미고 노력한 경우(하) 전혀 엉뚱한 설명을 한 경우

[2-2] (15점)(상) 답이 맞고 그 과정을 명확히 제시한 경우(중상) 답은 맞지만 그 과정이 정확하지 못한 경우(중하) 답은 틀렸지만 계산식도 꾸미고 노력한 경우(하) 전혀 엉뚱한 설명을 한 경우

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