수리논술, 이게 다다.

자연계열 5번

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문제

[문제 5, 서술형] 함수 f\displaystyle f가 실수 전체 집합에서 미분가능하다.

[문제 5-1] 함수 f\displaystyle f가 다음 조건을 만족한다.

a) f(1)=1885\displaystyle f(1)=1885

b) 모든 실수 x\displaystyle x에 대해 f(x)=cf(xc)\displaystyle f(x)=cf\left(\frac{x}{c}\right)이다 (단, c>0\displaystyle c>0은 c≠1\displaystyle c\ne 1인 특정한 상수이다.)

f′(0)\displaystyle f^{\prime}(0)의 값과 위의 조건을 만족하는 가능한 모든 함수 f\displaystyle f를 구하시오. [15점]

[문제 5-2] 0<c<1\displaystyle 0<c<1인 특정한 상수 c\displaystyle c에 대하여 함수 f\displaystyle f가 다음 조건을 만족한다.

a) ∫c1f(x)dx=1\displaystyle \int_{c}^{1}f(x)dx=1

b) 모든 실수 x\displaystyle x에 대해 f(x)=c−2f(cx)\displaystyle f(x)=c^{-2}f(cx)이다.

ak=∫ck1f(x)dx\displaystyle a_{k}=\int_{c^{k}}^{1}f(x)dx라 할 때 lim⁡k→∞ak\displaystyle \lim_{k\to\infty}a_{k}의 값을 구하시오. [15점]

해설강의 준비중

미분계수와 미분가능성

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치환적분법

관련 개념강의 준비중

등비급수

관련 개념강의 준비중
+7점 · [5-1] 조건과 미분가능성을 이용하여 미분계수를 구한다.

[문제 5-1] f(0)=cf(0)\displaystyle f(0)=cf(0)이고c≠1\displaystyle c\ne1이므로f(0)=0\displaystyle f(0)=0이다.0<c<1\displaystyle 0<c<1일 때는 q=c\displaystyle q=c, c>1\displaystyle c>1일 때는 q=1/c\displaystyle q=1/c라 하면0<q<1\displaystyle 0<q<1이고,주어진 조건에서 f(qx)=qf(x)\displaystyle f(qx)=qf(x)이므로f(qkx)=qkf(x)\displaystyle f(q^kx)=q^kf(x)이다.특히 x=1\displaystyle x=1일 때f′(0)=lim⁡k→∞f(qk)−f(0)qk=f(1)=1885\displaystyle f^{\prime}(0)=\lim_{k\to\infty}\frac{f(q^k)-f(0)}{q^k}=f(1)=1885이다.

+8점 · [5-1] 가능한 함수를 모두 구하고 조건을 확인한다.

x≠0\displaystyle x\ne0인 임의의 실수에 대해서도 qkx→0\displaystyle q^kx\to0이므로1885=f′(0)=lim⁡k→∞f(qkx)qkx=f(x)x\displaystyle 1885=f^{\prime}(0)=\lim_{k\to\infty}\frac{f(q^kx)}{q^kx}=\frac{f(x)}x이다.x=0\displaystyle x=0에서도 성립하므로f(x)=1885x\displaystyle f(x)=1885x이고,이 함수는 주어진 조건을 모두 만족한다.

+10점 · [5-2] 적분값들의 관계 또는 일반항을 올바르게 구한다.

[문제 5-2] 조건에서 f(cx)=c2f(x)\displaystyle f(cx)=c^2f(x)이므로f(cj−1x)=c2(j−1)f(x)\displaystyle f(c^{j-1}x)=c^{2(j-1)}f(x)이다.따라서 x=cj−1u\displaystyle x=c^{j-1}u로 치환하면∫cjcj−1f(x) dx=c3(j−1)∫c1f(u) du=c3(j−1)\displaystyle \int_{c^j}^{c^{j-1}}f(x)\,dx=c^{3(j-1)}\int_c^1f(u)\,du=c^{3(j-1)}이다.

+5점 · [5-2] 극한값을 올바르게 구한다.

그러므로ak=∑j=1kc3(j−1)=1−c3k1−c3\displaystyle a_k=\sum_{j=1}^kc^{3(j-1)}=\frac{1-c^{3k}}{1-c^3}이고,0<c<1\displaystyle 0<c<1이므로lim⁡k→∞ak=11−c3\displaystyle \lim_{k\to\infty}a_k=\frac1{1-c^3}이다.

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

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