미적분Ⅰ미분계수와 도함수수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

함수방정식과 도함수의 성질

문제

미분가능한 함수 f(x)f ( x ), g(x)g ( x )f(x+y)=f(x)g(y)+f(y)g(x)f ( x + y ) = f ( x ) g ( y ) + f ( y ) g ( x ), f(1)=1f ( 1 ) = 1 g(x+y)=g(x)g(y)+f(x)f(y)g ( x + y ) = g ( x ) g ( y ) + f ( x ) f ( y ), limx0g(x)1x=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0} {} \frac{g ( x ) - 1}{x} = 0 을 만족시킬 때, 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? [5점]

<보 기>
ㄱ. f(x)=f(0)g(x)f' ( x ) = f' ( 0 ) g ( x ) ㄴ. g(x)g ( x )x=0x = 0에서 극솟값 1을 갖는다. ㄷ. {g(x)}2{f(x)}2=1\left\{ g ( x ) \right\} ^{2} - \left\{ f ( x ) \right\} ^{2} = 1

ㄱ, ㄴㄱ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

limx0g(x)1x=0\displaystyle \lim\limits _{x} \rightarrow 0 \frac{g ( x ) - 1}{x} = 0에서 g(0)=1g ( 0 ) = 1, g(0)=0g' ( 0 ) = 0 f(1+0)=f(1)g(0)+f(0)g(1)f ( 1 + 0 ) = f ( 1 ) g ( 0 ) + f ( 0 ) g ( 1 ) 에서 f(0)g(1)=0f ( 0 ) g ( 1 ) = 0 g(1+0)=g(1)g(0)+f(1)f(0)g ( 1 + 0 ) = g ( 1 ) g ( 0 ) + f ( 1 ) f ( 0 ) 에서 f(1)f(0)=0f ( 1 ) f ( 0 ) = 0 f(1)=1f ( 1 ) = 1이므로 f(0)=0f ( 0 ) = 0 ㄱ. f(x)=limy0f(x+y)f(x)y\displaystyle f' ( x ) = \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} \frac{f ( x + y ) - f ( x )}{y} =limy0f(x)g(y)+f(y)g(x)f(x)y\displaystyle = \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} \frac{f ( x ) g ( y ) + f ( y ) g ( x ) - f ( x )}{y} =limy0f(x)g(y)1y+limy0f(y)yg(x)\displaystyle = \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} f ( x ) \frac{g ( y ) - 1}{y} + \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} \frac{f ( y )}{y} g ( x ) =f(0)g(x)= f' ( 0 ) g ( x ) -(a) 추가로 g(x)=limy0g(x+y)g(x)y\displaystyle g' ( x ) = \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} \frac{g ( x + y ) - g ( x )}{y} =limy0g(x)g(y)+f(y)f(x)g(x)y\displaystyle = \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} \frac{g ( x ) g ( y ) + f ( y ) f ( x ) - g ( x )}{y} =limy0g(x)g(y)1y+limy0f(y)yf(x)\displaystyle = \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} g ( x ) \frac{g ( y ) - 1}{y} + \lim\limits _{y \rightarrow 0} {} \frac{f ( y )}{y} f ( x ) =f(0)f(x)= f' ( 0 ) f ( x ) -(b) ㄷ. (a),(b)에서 f(0)=g(x)f(x)=f(x)g(x)\displaystyle f' ( 0 ) = \frac{g' ( x )}{f ( x )} = \frac{f' ( x )}{g ( x )} 정리하면 2g(x)g(x)2f(x)f(x)=02 g ( x ) g' ( x ) - 2 f ( x ) f' ( x ) = 0 적분하면 {g(x)}2{f(x)}2=1\{ g ( x ) \} ^{2} - \{ f ( x ) \} ^{2} = 1 (g(0)=1,f(0)=0)( \because g ( 0 ) = 1 , f ( 0 ) = 0 ) ㄴ. ㄷ에서 {g(x)}2=1+{f(x)}21\{ g ( x ) \} ^{2} = 1 + \{ f ( x ) \} ^{2} \geq 1이므로 x=0x = 0를 포함하는 열린구간에서 0<g(x)10 < g ( x ) \leq 1인 점이 없다. 따라서 이 열린구간에서 g(x)1=g(0)g ( x ) \geq 1 = g ( 0 )이므로 x=0x = 0에서 극솟값 1 을 갖는다.

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