수리논술, 이게 다다.

자연계열 I (오전) 2번

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문제

[제시문]

실수 전체의 집합에서 정의된 연속함수 g(x)\displaystyle g(x)가 다음 조건을 만족시킬 때, 다음 물음에 답하시오.

(가) g(2020)=1\displaystyle g(2020)=1

(나) 임의의 실수 a\displaystyle a, b\displaystyle b에 대하여 g(a+b)+g(a−b)=2g(a)cos⁡bπ\displaystyle g(a+b)+g(a-b)=2g(a)\cos b\pi이다.

[문제 2-1] ∫−1212g(x) dx\displaystyle \int_{-\frac12}^{\frac12}g(x)\,dx의 값을 구하시오. [8점]

[문제 2-2] g(13)g(−13)=110\displaystyle g\left(\frac13\right)g\left(-\frac13\right)=\frac1{10}일 때, {g(12)}2\displaystyle \left\{g\left(\frac12\right)\right\}^2의 값을 구하시오. [10점]

심화 함수방정식

[문제 2-1]주어진 식에 b=12\displaystyle b=\frac12을 대입하면g(a+12)+g(a−12)=2g(a)cos⁡π2=0\displaystyle g\left(a+\frac12\right)+g\left(a-\frac12\right)=2g(a)\cos\frac\pi2=0g(a+12)=−g(a−12)\displaystyle g\left(a+\frac12\right)=-g\left(a-\frac12\right)a\displaystyle a에 a+12\displaystyle a+\frac12를 대입하면 g(a+1)=−g(a)\displaystyle g(a+1)=-g(a)g(a+2)=−g(a+1)=g(a)\displaystyle g(a+2)=-g(a+1)=g(a)따라서 g(0)=g(2)=⋯=g(2020)=1\displaystyle g(0)=g(2)=\cdots=g(2020)=1주어진 식에 a=0\displaystyle a=0, b=x\displaystyle b=x를 대입하면 g(x)+g(−x)=2g(0)cos⁡πx=2cos⁡πx\displaystyle g(x)+g(-x)=2g(0)\cos\pi x=2\cos\pi x위 식을 [−12,12]\displaystyle \left[-\frac12,\frac12\right]에서 적분하면,∫−1212g(x) dx+∫−1212g(−x) dx=2∫−1212cos⁡πx dx=4π\displaystyle \int_{-\frac12}^{\frac12}g(x)\,dx+\int_{-\frac12}^{\frac12}g(-x)\,dx=2\int_{-\frac12}^{\frac12}\cos\pi x\,dx=\frac4\pi−x=t\displaystyle -x=t로 치환적분법을 이용하면 ∫−1212g(−x) dx=∫−1212g(t) dt\displaystyle \int_{-\frac12}^{\frac12}g(-x)\,dx=\int_{-\frac12}^{\frac12}g(t)\,dt따라서 ∫−1212g(x) dx=2π\displaystyle \int_{-\frac12}^{\frac12}g(x)\,dx=\frac2\pi가 된다.

[문제 2-2]a=0\displaystyle a=0, b=x\displaystyle b=x를 대입하면g(x)+g(−x)=2cos⁡πx\displaystyle g(x)+g(-x)=2\cos\pi x --- ①a=x+12\displaystyle a=x+\frac12, b=12\displaystyle b=\frac12를 대입하면g(x+1)+g(x)=0\displaystyle g(x+1)+g(x)=0 --- ②a=12\displaystyle a=\frac12, b=x+12\displaystyle b=x+\frac12을 대입하면g(x+1)+g(−x)=2g(12)cos⁡π(x+12)=−2g(12)sin⁡πx\displaystyle g(x+1)+g(-x)=2g\left(\frac12\right)\cos\pi\left(x+\frac12\right)=-2g\left(\frac12\right)\sin\pi x --- ③①과 ②을 더한 식에 ③을 빼면g(x)=cos⁡πx+g(12)sin⁡πx\displaystyle g(x)=\cos\pi x+g\left(\frac12\right)\sin\pi x

x\displaystyle x에 각각 13\displaystyle \frac13, −13\displaystyle -\frac13을 대입하면g(13)=cos⁡π3+g(12)sin⁡π3=12+32g(12)\displaystyle g\left(\frac13\right)=\cos\frac\pi3+g\left(\frac12\right)\sin\frac\pi3=\frac12+\frac{\sqrt3}2g\left(\frac12\right)g(−13)=cos⁡(−π3)+g(12)sin⁡(−π3)=12−32g(12)\displaystyle g\left(-\frac13\right)=\cos\left(-\frac\pi3\right)+g\left(\frac12\right)\sin\left(-\frac\pi3\right)=\frac12-\frac{\sqrt3}2g\left(\frac12\right)g(13)g(−13)=14−34{g(12)}2=110\displaystyle g\left(\frac13\right)g\left(-\frac13\right)=\frac14-\frac34\left\{g\left(\frac12\right)\right\}^2=\frac1{10}따라서, {g(12)}2=15\displaystyle \left\{g\left(\frac12\right)\right\}^2=\frac15이다.

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