미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

함수방정식과 미분

문제

실수 전체의 집합에서 정의된 미분가능한 함수 f(x)f ( x )가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) 모든 실수 xx, yy에 대하여 f(x+y)=f(x)f(y)+4f(x)+4f(y)+12f ( x + y ) = f ( x ) f ( y ) + 4 f ( x ) + 4 f ( y ) + 12 (나) f(ln2)=0f ( \ln 2 ) = 0, f(0)=2f' ( 0 ) = 2

이때, f(ln2)f' ( \ln 2 )의 값을 구하시오. [3점]

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해설

y=0y = 0을 대입하면 f(x)=f(x)f(0)+4f(x)+4f(0)+12f ( x ) = f ( x ) f ( 0 ) + 4 f ( x ) + 4 f ( 0 ) + 12 {f(x)+4}{f(0)+3}=0\left\{ f ( x ) + 4 \right\} \left\{ f ( 0 ) + 3 \right\} = 0 f(0)=3f ( 0 ) = - 3 f(x)=limh0f(x+h)f(x)h\displaystyle f' ( x ) = \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{f ( x + h ) - f ( x )}{h}} =limh0f(x)f(h)+4f(x)+4f(h)+12f(x)h\displaystyle = \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{f ( x ) f ( h ) + 4 f ( x ) + 4 f ( h ) + 12 - f ( x )}{h}} =limh0f(x)f(h)+3f(x)+4f(h)+12h\displaystyle = \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{f ( x ) f ( h ) + 3 f ( x ) + 4 f ( h ) + 12}{h}} =limh0{f(x)+4}{f(h)+3}h\displaystyle = \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{\left\{ f ( x ) + 4 \right\} \left\{ f ( h ) + 3 \right\}}{h}} ={f(x)+4}limh0f(h)+3h\displaystyle = {\left\{ f ( x ) + 4 \right\} \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{f ( h ) + 3}{h}}} ={f(x)+4}limh0f(h)f(0)h\displaystyle = \left\{ f ( x ) + 4 \right\} \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{f ( h ) - f ( 0 )}{h}} ={f(x)+4}f(0)= \left\{ f ( x ) + 4 \right\} f' ( 0 ) =2{f(x)+4}= 2 \left\{ f ( x ) + 4 \right\} \thereforef(ln2)=2{f(ln2)+4}=8f' ( \ln 2 ) = 2 \left\{ f ( \ln 2 ) + 4 \right\} = 8 [다른 풀이] (가)에서 양변에 44를 더하여 인수분해하면 f(x+y)+4={f(x)+4}{f(y)+4}f ( x + y ) + 4 = \left\{ f ( x ) + 4 \right\} \left\{ f ( y ) + 4 \right\} f(x)+4=g(x)f ( x ) + 4 = g ( x )라 하면 g(x+y)=g(x)g(y)g ( x + y ) = g ( x ) g ( y ) …㉠ ㉠에서 y=0y = 0이라 하면 g(x)=g(x)g(0)g ( x ) = g ( x ) g ( 0 ) g(x){1g(0)}=0g ( x ) \left\{ 1 - g ( 0 ) \right\} = 0 g(0)=1g ( 0 ) = 1 f(x)=g(x)f' ( x ) = g' ( x ) =limh0g(x+h)g(x)h\displaystyle = \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{g ( x + h ) - g ( x )}{h}} =limh0g(x)g(h)g(x)h\displaystyle = \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{g ( x ) g ( h ) - g ( x )}{h}} =g(x)limh0g(h)1h\displaystyle = g ( x ) \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{g ( h ) - 1}{h}} =g(x)limh0g(h)g(0)h\displaystyle = g ( x ) \lim\limits _{h \rightarrow 0} {\frac{g ( h ) - g ( 0 )}{h}} =g(x)g(0)= g ( x ) g' ( 0 ) (g(0)=f(0)=2)( \because g' ( 0 ) = f' ( 0 ) = 2 ) =2g(x)=2{f(x)+4}= 2 g ( x ) = 2 \left\{ f ( x ) + 4 \right\} 따라서 f(ln2)=2{f(ln2)+4}f' ( \ln 2 ) = 2 \left\{ f ( \ln 2 ) + 4 \right\}=2×4= 2 \times 4=8= 8

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