함수 g(x)가 x=0에서 연속이므로
x→0−limg(x)=−f(0), x→0+limg(x)=∣f(0)∣−8
−f(0)=∣f(0)∣−8
f(0)=4 ⋯⋯ ㉠
g(0)=∣f(0)∣−8=−4
함수 g(x)가 x=0에서 미분가능하므로
h→0−limhg(0+h)−g(0)=h→0−limh−f(0+h)+f(0)=−f′(0)
h→0+limhg(0+h)−g(0)
=h→0+limh∣f(0+h)∣+2h2−8+4
=h→0+limh∣f(0+h)∣−f(0)+h→0+limh2h2
=h→0+limhf(0+h)−f(0)+0=f′(0)
−f′(0)=f′(0)
f′(0)=0 ⋯⋯ ㉡
함수 g(x)가 x=2에서 미분가능하므로
h→0−limhg(2+h)−g(2)
=h→0−limh∣f(2+h)∣+2(2+h)2−8−∣f(2)∣
=h→0−limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣+h→0−limh2h2+8h
=h→0−limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣+8
h→0+limhg(2+h)−g(2)−g(2)
=h→0+limh∣f(2+h)∣−2(2+h)2+8−∣f(2)∣
=h→0+limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣−h→0+limh2h2+8h
=h→0+limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣−8
h→0−limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣+8
=h→0+limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣−8 ⋯⋯ ㉢
즉 함수 ∣f(x)∣가 x=2에서 미분가능하지 않다.
f(2)=0 ⋯⋯ ㉣
h→0+limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣=∣f′(2)∣와
h→0−limh∣f(2+h)∣−∣f(2)∣=−∣f′(2)∣를 ㉢에 대입하면
∣f′(2)∣=8 ⋯⋯ ㉤
㉠, ㉡, ㉣, ㉤을 모두 만족시키는 함수 f(x)는
f(x)=3x3−7x2+4 또는 f(x)=−x3+x2+4
(ⅰ) f(x)=3x3−7x2+4인 경우
3x3−7x2+4=(3x+2)(x−1)(x−2)이므로 함수 g(x)가 x=1에서 미분가능하지 않다.
(ⅱ) f(x)=−x3+x2+4인 경우
−x3+x2+4=−(x−2)(x2+x+2)이므로 함수 g(x)는 실수 전체의 집합에서 미분가능하다.
(ⅰ), (ⅱ)에서 f(x)=−x3+x2+4이다.
따라서 f(−5)=154