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08 [전략] 원점에 대하여 대칭 ˙˙kk 홀함수

문서에서 숨마쿰라우데_수학2 서브노트 (페이지 125-131)

(홀함수)'=(짝함수) (홀함수)_(짝함수)=(홀함수)

함수 y=f(x)의 그래프가 원점에 대하여 대칭이므로 f(x)는 홀함수이다. 즉,

f(-x)=-f(x)

를 만족시킨다. f(x)가 홀함수이므로 f '(x)는 짝함수이 고 xf '(x)는 홀함수와 짝함수의 곱으로 이루어진 함수이 므로 홀함수이다.

∴:-11f '(t)(1-t)dt

=:-11f '(t)dt-:-11tf '(t)dt

=2:)1 f'(t)dt

=2[f(t)]1)

=2{ f(1)-f(0)}

한편 주어진 조건에서 f(1)=6이고 f(-x)=-f(x) 에 x=0을 대입하면

f(0)=0

∴:-11f '(t)(1-t)dt=2{ f(1)-f(0)}

=2_(6-0)

=12

09

[전략]나머지정리와 정적분으로 나타내어진 함수의 미분을 이용하여 g(-1)의 값을 구한다.

다항식 f(x)를 (x+1)¤ 으로 나누었을 때의 몫을 Q(x) 라 하면

x‹ -2ax¤ +:-1xg(t)dt=(x+1)¤ Q(x)+2x+1 yy ㉠

㉠의 양변에 x=-1을 대입하면 -1-2a=-1 ∴ a=0

㉠에 a=0을 대입하면

x‹ +:-1xg(t)dt=(x+1)¤ Q(x)+2x+1 위 식의 양변을 x에 대하여 미분하면

3x¤ +g(x)=2(x+1)Q(x)+(x+1)¤ Q'(x)+2

g(x)=-3x¤ +2(x+1)Q(x)

+(x+1)¤ Q'(x)+2

따라서 g(x)를 x+1로 나누었을 때의 나머지는

g(-1)=-3+2=-1

10

[전략]::AAbb`f(t)dt=k (k는 상수)로 놓고 f(x)=g(x)+k 임을 이용한다.

:)1 f(t)dt=k (k는 상수)라 하면

f(x)=2x‹ -3x¤ +x:)1 f(t)dt+:)1 f(t)dt f(x)=2x‹ -3x¤ +kx+k

로 놓을 수 있다. 이때

:)1 f(t)dt=:)1 (2t‹ -3t¤ +kt+k)dt :)1 f(t)dt=[ -t‹ + +kt]1)

:)1 f(t)dt= k- =k

∴ k=1

∴ f(x)=2x‹ -3x¤ +x+1

곡선 y=f(x)-1=2x‹ -3x¤ +x=x(2x-1)(x-1) 의 그래프를 그리면 다음 그림과 같다.

이때 y=:)t { f(x)-1} dx는 구간[0, ]에서 양의 값,

구간[ , 1]에서 음의 값, 구간 [1, ¶)에서 양의 값

을 가지므로 음의 값을 모두 더해주었을 때, 즉 t=1일 때 y의 값은 최소가 된다.

112 112

O x

y

y=f{x}-1

-12

1 112

132

124kt¤2 2345t›2

EXERCISES

∴ (최솟값)=:)1 { f(x)-1} dx

∴ (최솟값)=:)1 (2x‹ -3x¤ +x)dx

∴ (최솟값)=[ -x‹ + ]1)=0

[참고] x축 위에서 0부터 까지의 거리가 이고,

에서 1까지의 거리도 이므로 삼차함수 y=f(x)-1=2x‹ -3x¤ +x

의 그래프는 점 { , 0}에 대하여 대칭이다.

따라서 구간[0, ]에서의 정적분의 값과 구간 [ , 1]에서의정적분의값은절댓값은같고부호만다르

므로 그 합은 0이다.

11

[전략]g(x)=::@@//``f(t)dt의 양변을 x에 대하여 미분하여 g(x)가 극대일 때의 x의 값 a를 구한다.

g(x)=:@/ f(t)dt의 양변을 x에 대하여 미분하면 g'(x)=f(x)=x(x+2)(x+4)

g'(x)=0에서 x=-4 또는` x=-2 또는 x=0 함수g(x)의 증감을 표로 나타내면 다음과 같다.

즉, g(x)는 x=-2에서 극댓값을 가지므로 a=-2

g(-2)=:@- 2 f(t)dt

g(-2)=-:_2@ f(t)dt

g(-2)=-:_2@ t(t+2)(t+4)dt 112

112 112

112 112

112 112

2344x¤2 2344x›2

g(-2)=-:_2@ (t‹ +6t¤ +8t)dt

g(-2)=-2:)2 6t¤ dt

g(-2)=-2[2t‹ ]2)

g(-2)=-2_16=-32

12

[전략]ㄷ. g'(x)를 구한 후 증감표를 이용하여 함수 y=g(x)의 그래프의 개형을 그려 본다.

ㄱ. f(-x)=-f(x)이므로 f(x)는 홀함수이다.

g(2)=:_2@ f(t)dt=0 (참) ㄴ. f(x)의 한 부정적분을 F(x)라 하면

= :_/@ f(t)dt

=

=F'(-2)=f(-2)

=-8+8=0 (참)

ㄷ. g(x)=:_/@ f(t)dt의 양변을 x에 대하여 미분하면 g'(x)=f(x)=x‹ -4x=x(x+2)(x-2) g'(x)=0에서 x=-2 또는 x=0 또는 x=2 함수g(x)의 증감을 표로 나타내면 다음과 같다.

이때g(-2)=g(2)=0이고 g(0)=:_0@ f(t)dt g(0)=:_0@ (t‹ -4t)dt

g(0)=[ t› -2t¤ ]0_@=4

이므로 함수 y=g(x)의 그래프를 그리면 다음 그림 과 같다.

114

F(x)-F(-2) 112511112x-(-2) lim

x⁄-2

1125x+21 lim

x⁄-2

1125x+2g(x) lim

x⁄-2

x g'(x)

g(x)

y -4 y -2 y 0 y

- 0 + 0 - 0 +

↘ (극소) ↗ (극대) ↘ (극소) ↗

x g'(x)

g(x)

y -2 y 0 y 2 y

- 0 + 0 - 0 +

↘ (극소) ↗ (극대) ↘ (극소) ↗

따라서 방정식g(x)=n의 실근의 개수는 곡선 y=g(x)와 직선 y=n의 교점의 개수와 같으므로 서 로 다른 네 실근을 갖기 위한 자연수 n의 개수는 1, 2, 3의 3이다. (참)

이상에서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ, ㄷ이다. ㄱ, ㄴ, ㄷ

13

[전략]두 곡선과 직선의 위치 관계를 파악한 후 위쪽에 있 는 그래프의 식에서 아래쪽에 있는 그래프의 식을 뺀 식을 적분한다.

포물선 A : y=x¤ 을 x축의 방향으로 3만큼, y축의 방 향으로 -3만큼 평행이동하면 포물선

B : y=(x-3)¤ -3이 되므로 공통접선과 포물선 A의 접점 (a, a¤ )을 x축의 방향으로 3만큼, y축의 방향으로 -3만큼 평행이동한 점 (a+3, a¤ -3)은 포물선 B에서의 접점이 된다.

따라서 공통접선의 기울기가 =-1이므

로 직선 m의 기울기도 -1이 된다.

한편 두 포물선의 교점의 x좌표는 x¤ =(x-3)¤ -3에서 x¤ =x¤ -6x+6

6x=6 ∴ x=1

(a¤ -3)-a¤

111125433(a+3)-a O

A B

x {a,`a@}

{a+3,`a@-3}

-3 3 y

O 4

-2 2 x

y=n y=g{x}

y 따라서 직선 m은 기울기가 -1이고 점 (1, 1)을 지나

므로 직선 m의 방정식은

y=-(x-1)+1 ∴ y=-x+2 직선 m이 포물선 A와 만나는 점의 x좌표는 x¤ =-x+2에서 x¤ +x-2=0

(x+2)(x-1)=0

∴ x=-2 또는 x=1

앞에서와 같이 평행이동을 생각하면 S¡=S™

∴ S¡+S™=2:_1@{(-x+2)-x¤ } dx

=2:_1@ (-x¤ -x+2)dx

=2[- x‹ - x¤ +2x]1_@

=2_ =9 9

14

[전략]함수 f(x)가 x=t에서 극값 0을 갖는다.

˙˙kk f'(t)=0, f(t)=0

함수 f(x)=x‹ +ax¤ +bx+2에 대하여 f(x)+f(-x)=4가 성립하므로

(x‹ +ax¤ +bx+2)+(-x‹ +ax¤ -bx+2)=4 2ax¤ +4=4, ax¤ =0 ∴ a=0

한편 함수 f(x)=x‹ +bx+2가 x=t에서 극값 0을 갖 는다고 하면

f '(t)=3t¤ +b=0 yy ㉠ f(t)=t‹ +bt+2=0 yy ㉡ 이어야 한다.

192 112 113 O

A B

1 -2

2

x

m

S™

y

EXERCISES

㉠에서 b=-3t¤ 을 ㉡에 대입하면 t‹ +(-3t¤ )¥t+2=0

t‹ -1=0, (t-1)(t¤ +t+1)=0

∴ t=1 (∵ t는 실수) t=1이므로 b=-3t¤ 에서

b=-3

∴ f(x)=x‹ -3x+2=(x+2)(x-1)¤

곡선 y=f(x)와 직선 y=0, 즉 x축으로 둘러싸인 도형 은 다음 그림의 색칠한 부분이다.

따라서 구하는 넓이는 :-21(x‹ -3x+2)dx

=[ x› - x¤ +2x]1_@

=

15

[전략]두 곡선 y=f(x), y=g(x)가 직선 y=x에 대하 여 서로 대칭인 것을 이용하면 구하고자 하는 부분의 넓이 를 a, b에 대한 식으로 나타낼 수 있다.

함수 f(x)가 실수 전체의 집합에서 증가하므로 f(k)=2b를 만족시키는 k의 값은 하나뿐이다.

k의 값을 구하면

k‹ +(a-2)k¤ +(b-2a)k=2b (k-2)(k¤ +ak+b)=0 ∴ k=2

f(x)=x‹ +(a-2)x¤ +(b-2a)x가 실수 전체의 집합 에서 증가하고 f(0)=0이므로 두 함수 y=f(x)와 y=g(x)의 그래프는 다음 그림과 같다.

127 144444

132 114

-2 O 1 x

y y=f{x}

[그림 1] [그림 2]

이때:02bg(x)dx는 [그림 1]의 색칠한 부분의 넓이를 나 타낸다.

이제 다음 그림과 같은 방법을 이용하여 정적분의 값을 구 해 보자.

[그림 2]의 색칠한 부분의 넓이를 S라 하면 S=2bk-:)k f(x)dx

=4b-:)2 f(x)dx

=4b-:)2 {x‹ +(a-2)x¤ +(b-2a)x} dx

=4b-[ x› + x‹ + ]2)

=4b-4- -2(b-2a)

=2b+ a+ yy ㉠

따라서:02bg(x)dx의 최솟값은 2b+ a+ 의 최 솟값과 같다.

한편 f(x)=x‹ +(a-2)x¤ +(b-2a)x가 실수 전체의 집합에서 증가하므로 모든 x에 대하여

f '(x)=3x¤ +2(a-2)x+(b-2a)æ0 이 성립한다. 즉, 이차방정식

3x¤ +2(a-2)x+(b-2a)=0의 판별식을 D라 하면

=(a-2)¤ -3(b-2a)=a¤ +2a+4-3b…0

∴ bæa¤ +2a+4 yy ㉡ 11114443

2444D4

143 143 143

143

8(a-2) 1112443

11234b-2a2 1134a-23

114

k k

k 2b

O

2b

O

2b

O

=

-O x

y y=g{x}

2b k

O x

y y=f{x}

2b

k

㉡을 이용하여 ㉠을 a에 대하여 나타내면

2b+ a+ æ2¥ + a+

= {(a+2)¤ +2}

이므로 2b+ a+ 는 a=-2일 때 최소가 된다.

따라서:02bg(x)dx의 최솟값은 a=-2일 때 이다.

16

[전략]기차의 시간에 따른 속도의 그래프를 그려 그래프와 t축으로 둘러싸인 도형의 넓이가 기차가 이동한 거리임을 이용한다.

1.6t=32에서 t=20이므로 A역을 출발한 기차는 속도 를 증가시켜 20초 후에 최고 속도 32 m/s에 도달하고, 이 속도로 한동안 등속운동한다.

한편 32-1.6t=0에서 t=20이므로 기차는 B역에 도착 하기 20초 전에 제동기를 걸어 속도를 떨어뜨리면서 B 역에 정차한다.

기차가 A역에서 B역까지 가는 데 등속운동한 시간을 x 초라 하면 기차의 시간에 따른 속도의 그래프는 다음 그 림과 같다.

이때 그래프와 t축으로 둘러싸인 도형의 넓이가 기차가 이동한 거리인 3200 m를 나타내므로

¥20¥32+32x+ ¥20¥32=3200 32x=2560 ∴ x=80

따라서 기차가 A역에서 B역까지 가는 데 걸리는 시간은

20+80+20=120(초) 120초

112 112

O t(초)

속도 (m/s)

20 x 20

32

14 13 143

143 123

143 143 a¤ +2a+4 11114443 143

143

17

[전략]두 점 P, Q가 움직인 거리의 합이 26의 배수일 때 P, Q는 서로 만난다.

그래프를 보면 출발한 지 t초 후의 점 P의 속력은 (4t+2) cm/s이고, 점 Q의 속력은 (2t+3) cm/s이다.

두 점 P, Q가 점 A를 출발한 후 10초 동안 움직인 거리 를 각각 s∏, sŒ라 하면

s∏=:010(4t+2)dt=[2t¤ +2t]1)0 =220(cm)

sŒ=:010(2t+3)dt=[t¤ +3t]1)0 =130(cm) 10초 동안 두 점이 움직인 거리의 합은

220+130=350(cm)이고 출발 후 움직인 거리의 합이 원의 둘레의 길이 26의 배수일 때마다 두 점은 만난다.

따라서 350÷26=13.46y이므로 두 점 P, Q는 10초 동안 13번 만나게 된다.

움직인 거리는 그래프에서 직선과 x축, y축 및 직선 t=10으로 둘러싸인 도형의 넓이와 같으므로 정 적분을 계산하는 대신 그래프에서 사다리꼴의 넓이로 구 할 수 있다. 즉,

s∏=;2!;_(2+42)_10=220

sŒ=;2!;_(3+23)_10=130 13번

18

[전략]❶ 속도 v(t)의 그래프를 그리고 x=1, x=2일 때 각각 움직인 거리를 구한다.

❷ ㄷ. x의 값의 범위를 0<x<1일 때, 1<x<3일 때로 나누고, 좌미분계수와 우미분계수를 각각 구하여 비교 한다.

0<x<3인 실수 x에 대하여 점 P가 O

2 1 4

1 2 3 4 5 t v(t)

y=v(t)

EXERCISES

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