미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

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문제

함수

f(x)=f ( x ) ={\displaystyle \begin{cases} \begin{matrix} \\ \\ \\ \end{matrix} \end{cases}1+sinx1 + \sin x(x0x \leq 0)
1+sinx- 1 + \sin x(x>0x > 0)

에 대하여 <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? [4점]

<보 기>
ㄱ. limx0f(x)f(x)=1\displaystyle \lim\limits _{x\rightarrow 0} f ( x ) f ( - x ) = - 1 ㄴ. 함수 f(f(x))f ( f ( x ) )x=π2\displaystyle x = \frac{\pi}{2}에서 연속이다. ㄷ. 함수 {f(x)}2\left\{ f ( x ) \right\} ^{2}x=0x = 0에서 미분가능하다.

ㄱ, ㄴㄱ, ㄷㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. limx0f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} f ( x )=limx0(1+sinx)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} ( 1 + \sin x )=1= 1 limx0f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} f ( - x )=limt0+f(t)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 +} {f ( t )}=limt0+(1+sint)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 +} {} ( - 1 + \sin t )=1= - 1limx0f(x)f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} f ( x ) f ( - x )=1(1)=1= 1 \cdot ( - 1 ) = - 1 limx0+f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} f ( x )=limx0+(1+sinx)\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} ( - 1 + \sin x )=1= - 1 limx0+f(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} f ( - x )=limt0f(t)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 -} {f ( t )}=limt0(1+sint)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 -} {} ( 1 + \sin t )=1= 1limx0f(x)f(x)=1\displaystyle \lim\limits _{x\rightarrow 0} f ( x ) f ( - x ) = - 1 (참) ㄴ. xπ2\displaystyle x \rightarrow \frac{\pi}{2}일 때, f(x)0f ( x ) \rightarrow 0 -이므로 limxπ2f(f(x))\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \frac{\pi}{2}} f ( f ( x ) )=limt0f(t)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 -} {} f ( t )=limt0(1+sint)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 -} {} ( 1 + \sin t )=1= 1 f(f(π2))\displaystyle f \left( f \left( \frac{\pi}{2} \right) \right)=f(0)= f ( 0 )=1= 1 limxπ2f(f(x))\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \frac{\pi}{2}} f ( f ( x ) )=f(f(π2))\displaystyle = f \left( f \left( \frac{\pi}{2} \right) \right)이므로 함수 f(f(x))f ( f ( x ) )x=π2\displaystyle x = \frac{\pi}{2}에서 연속이다. (참) ㄷ. g(x)={f(x)}2g ( x ) = \left\{ f ( x ) \right\} ^{2}라 하면 g(0)=1g ( 0 ) = 1이므로 limx0g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}=limx0(1+sinx)21x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} \frac{( 1 + \sin x ) ^{2} - 1}{x} =limx02sinx+sin2xx\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} \frac{2 \sin x + \sin ^{2} x}{x} =2= 2 (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.limx0sinxx=1\displaystyle \lim\limits _{x\rightarrow 0} \frac{\sin x}{x} = 1)\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} ) limx0+g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}=limx0+(1+sinx)21x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{( - 1 + \sin x ) ^{2} - 1}{x} =limx0+2sinx+sin2xx\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{- 2 \sin x + \sin ^{2} x}{x} =2= - 2 (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.limx0sinxx=1\displaystyle \lim\limits _{x\rightarrow 0} \frac{\sin x}{x} = 1)\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} ) limx0g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}limx0+g(x)g(0)x\displaystyle \ne \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}이므로 limx0g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x\rightarrow 0} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}는 존재하지 않는다. 따라서 함수 g(x)g ( x )x=0x = 0에서 미분불가능하다. (거짓) 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다. [다른 풀이] ㄷ. 미분가능한 두 함수 (1+sinx)2\left( 1 + \sin x \right) ^{2}, (1+sinx)2\left( - 1 + \sin x \right) ^{2}의 도함수는 각각 2(1+sinx)cosx2 ( 1 + \sin x ) \cos x, 2(1+sinx)cosx2 ( - 1 + \sin x ) \cos x이고 이 두 함수는 실수 전체의 집합에서 연속이다. g(x)={f(x)}2g ( x ) = \left\{ f ( x ) \right\} ^{2}라 하면 limx0g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}=limx02(1+sinx)cosx=2\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} 2 ( 1 + \sin x ) \cos x = 2 limx0+g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}=limx0+2(1+sinx)cosx\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {2 ( - 1 + \sin x ) \cos x}=2= - 2 limx0g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}limx0+g(x)g(0)x\displaystyle \ne \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}이므로 limx0g(x)g(0)x\displaystyle \lim\limits _{x\rightarrow 0} \frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x}는 존재하지 않는다. 따라서 함수 g(x)g ( x )x=0x = 0에서 미분불가능하다. (거짓)

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