수리논술, 이게 다다.

심화 로그미분법

강의 노트

● 2018학년도 6월 모의평가 가형 21번 [4점]

최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 사차함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여F(x)=ln⁡∣f(x)∣\displaystyle F(x)=\ln|f(x)|라 하고, 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 삼차함수 g(x)\displaystyle g(x)에 대하여G(x)=ln⁡∣g(x)sin⁡x∣\displaystyle G(x)=\ln|g(x)\sin x|라 하자.lim⁡x→1(x−1)F′(x)=3,lim⁡x→0F′(x)G′(x)=14\displaystyle \lim_{x\to 1}(x-1)F^{\prime}(x)=3,\qquad \lim_{x\to 0}\frac{F^{\prime}(x)}{G^{\prime}(x)}=\frac{1}{4}일 때, f(3)+g(3)\displaystyle f(3)+g(3)의 값은?

① 57\displaystyle 57 ② 55\displaystyle 55 ③ 53\displaystyle 53 ④ 51\displaystyle 51 ⑤ 49\displaystyle 49

F(x)=ln⁡∣f(x)∣\displaystyle F(x)=\ln|f(x)|의 도함수는 F′(x)=f′(x)f(x)\displaystyle F^{\prime}(x)=\frac{f^{\prime}(x)}{f(x)}이다.다항함수를 f(x)=(x−α)kh(x)\displaystyle f(x)=(x-\alpha)^{k}h(x) (h(α)≠0\displaystyle h(\alpha)\neq 0)로 적으면f′(x)f(x)=kx−α+h′(x)h(x)\displaystyle \frac{f^{\prime}(x)}{f(x)}=\frac{k}{x-\alpha}+\frac{h^{\prime}(x)}{h(x)}이므로, x=α\displaystyle x=\alpha에서 F′\displaystyle F^{\prime}이 갖는 극의 계수가 곧 그 근의 중복도다.로그미분법이 근의 중복도를 극한으로 읽어내는 도구가 되는 셈이다.

첫째 조건 lim⁡x→1(x−1)F′(x)=3\displaystyle \lim_{x\to 1}(x-1)F^{\prime}(x)=3은 그래서 x=1\displaystyle x=1이 f\displaystyle f의 삼중근이라는 말이다.f\displaystyle f는 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 사차함수이므로 f(x)=(x−1)3(x−a)\displaystyle f(x)=(x-1)^{3}(x-a)로 둘 수 있다.

G(x)=ln⁡∣g(x)sin⁡x∣\displaystyle G(x)=\ln|g(x)\sin x|에서는 곱이 로그로 갈라져 G′(x)=g′(x)g(x)+cos⁡xsin⁡x\displaystyle G^{\prime}(x)=\frac{g^{\prime}(x)}{g(x)}+\frac{\cos x}{\sin x}이다.f\displaystyle f가 x=0\displaystyle x=0을 m\displaystyle m중근, g\displaystyle g가 x=0\displaystyle x=0을 n\displaystyle n중근으로 가진다고 하자.lim⁡x→0xcos⁡xsin⁡x=1\displaystyle \lim_{x\to 0}\frac{x\cos x}{\sin x}=1이므로lim⁡x→0xF′(x)=m,lim⁡x→0xG′(x)=n+1\displaystyle \lim_{x\to 0}xF^{\prime}(x)=m,\qquad \lim_{x\to 0}xG^{\prime}(x)=n+1이고, 둘째 조건은 mn+1=14\displaystyle \frac{m}{n+1}=\frac{1}{4}이 된다.sin⁡x\displaystyle \sin x가 x=0\displaystyle x=0에서 갖는 일중근이 n\displaystyle n에 1\displaystyle 1을 보태는 것이 이 문제의 급소다.

f(x)=(x−1)3(x−a)\displaystyle f(x)=(x-1)^{3}(x-a)이므로 m\displaystyle m은 0\displaystyle 0 또는 1\displaystyle 1뿐이다.m=0\displaystyle m=0이면 극한이 0\displaystyle 0이라 조건에 맞지 않으므로 m=1\displaystyle m=1, 곧 a=0\displaystyle a=0이고 n+1=4\displaystyle n+1=4에서 n=3\displaystyle n=3이다.g\displaystyle g는 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 삼차함수이므로 g(x)=x3\displaystyle g(x)=x^{3}이다.

따라서 f(x)=x(x−1)3\displaystyle f(x)=x(x-1)^{3}, g(x)=x3\displaystyle g(x)=x^{3}이고f(3)+g(3)=3⋅23+33=24+27=51\displaystyle f(3)+g(3)=3\cdot 2^{3}+3^{3}=24+27=51이므로 답은 ④이다.

로그미분법과 실수 지수로의 확장 — 수업 필기
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