미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

치환적분과 함숫값

문제

실수 전체의 집합에서 미분가능한 함수 f(x)f ( x )가 다음 조건을 만족시킬 때, f(1)f ( - 1 )의 값은? [4점]

(가) 모든 실수 xx에 대하여 2{f(x)}2f(x)={f(2x+1)}2f(2x+1)2 \left\{ f ( x ) \right\} ^{2} f' ( x ) = \left\{ f ( 2 x + 1 ) \right\} ^{2} f' ( 2 x + 1 )이다. (나) f(18)=1,f(6)=2\displaystyle f \left( - \frac{1}{8} \right) = 1 , f ( 6 ) = 2

336\displaystyle \frac{\sqrt[3]{3}}{6}333\displaystyle \frac{\sqrt[3]{3}}{3}332\displaystyle \frac{\sqrt[3]{3}}{2}2333\displaystyle \frac{2 \sqrt[3]{3}}{3}5336\displaystyle \frac{5 \sqrt[3]{3}}{6}

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해설

[출제의도] 치환적분을 이용하여 조건을 만족시키는 함수의 함숫값을 구할 수 있는가? 조건 (가)에서 2{f(x)}2f(x)dx\displaystyle \int _{} ^{} {2 \left\{ f ( x ) \right\} ^{2} f' ( x )} dx ={f(2x+1)}2f(2x+1)dx\displaystyle = \int _{} ^{} {\left\{ f ( 2 x + 1 ) \right\} ^{2} f' ( 2 x + 1 ) dx} 이므로 23{f(x)}3=13{f(2x+1)}3×12+C\displaystyle \frac{2}{3} \left\{ f ( x ) \right\} ^{3} = \frac{1}{3} \left\{ f ( 2 x + 1 ) \right\} ^{3} \times \frac{1}{2} + C (단, CC는 적분상수) {f(2x+1)}3=4{f(x)}3+C(C=6C)\left\{ f ( 2 x + 1 ) \right\} ^{3} = 4 \left\{ f ( x ) \right\} ^{3} + C' ( C' = - 6 C ) \cdots \text{㉠} ㉠에 x=1x = - 1을 대입하면 {f(1)}3=4{f(1)}3+C\left\{ f ( - 1 ) \right\} ^{3} = 4 \left\{ f ( - 1 ) \right\} ^{3} + C' 에서 C=3{f(1)}3C' = - 3 \left\{ f ( - 1 ) \right\} ^{3} \cdots \text{㉡} ㉠에 x=18\displaystyle x = - \frac{1}{8}을 대입하면 {f(34)}3=4{f(18)}3+C=4+C\displaystyle \left\{ f \left( \frac{3}{4} \right) \right\} ^{3} = 4 \left\{ f \left( - \frac{1}{8} \right) \right\} ^{3} + C' = 4 + C' ㉠에 x=34\displaystyle x = \frac{3}{4}을 대입하면 {f(52)}3=4{f(34)}3+C=16+5C\displaystyle \left\{ f \left( \frac{5}{2} \right) \right\} ^{3} = 4 \left\{ f \left( \frac{3}{4} \right) \right\} ^{3} + C' = 16 + 5 C' ㉠에 x=52\displaystyle x = \frac{5}{2}을 대입하면 {f(6)}3=4{f(52)}3+C\displaystyle \left\{ f \left( 6 \right) \right\} ^{3} = 4 \left\{ f \left( \frac{5}{2} \right) \right\} ^{3} + C' 23=64+21C2 ^{3} = 64 + 21 C' C=83\displaystyle C' = - \frac{8}{3} \cdots \text{㉢} ㉡, ㉢에서 3{f(1)}3=83\displaystyle - 3 \left\{ f ( - 1 ) \right\} ^{3} = - \frac{8}{3} 이므로 {f(1)}3=89\displaystyle \left\{ f ( - 1 ) \right\} ^{3} = \frac{8}{9} 따라서 f(1)=2333\displaystyle f ( - 1 ) = \frac{2 \sqrt[3]{3}}{3}

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