미적분Ⅰ부정적분과 정적분수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

정적분으로 정의된 함수의 최솟값

문제

함수 f(x)={1+x(1<x<0)1x(0x1)0(x>1)\displaystyle f ( x ) = \begin{cases} 1 + x & ( - 1 < x < 0 ) \\ 1 - x & ( 0 \leq x \leq 1 ) \\ 0 & ( | x | > 1 ) \end{cases} 에 대하여 함수 g(x)g ( x )g(x)=1xf(t){2xf(t)}dt\displaystyle g ( x ) = \int _{- 1} ^{x} {f ( t ) \left\{ 2 x - f ( t ) \right\}} dt 라 할 때, 함수 g(x)g ( x )의 최솟값은? [5점] 14\displaystyle - \frac{1}{4}13\displaystyle - \frac{1}{3}512\displaystyle - \frac{5}{12}12\displaystyle - \frac{1}{2}712\displaystyle - \frac{7}{12}

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해설

g(x)g ( x )=1xf(t){2xf(t)}dt\displaystyle = \int _{- 1} ^{x} {f ( t ) \left\{ 2 x - f ( t ) \right\}} dt =2x1xf(t)dt1x{f(t)}2dt\displaystyle = 2 x \int _{- 1} ^{x} {f ( t ) dt} - \int _{- 1} ^{x} \left\{ f ( t ) \right\} ^{2} dt 양변을 xx에 대하여 미분하면 g(x)g' ( x )=21xf(t)dt+2xf(x){f(x)}2\displaystyle = 2 \int _{- 1} ^{x} {f ( t ) dt + 2 xf ( x ) - \left\{ f ( x ) \right\} ^{2}} (ⅰ) x<1x < - 1일 때, g(x)g' ( x )=21x0dt+2x0{0}2\displaystyle = 2 \int _{- 1} ^{x} {0 dt + 2 x \cdot 0 - \left\{ 0 \right\} ^{2}}=0= 0 (ⅱ) 1x<0- 1 \leq x < 0일 때, g(x)g' ( x )=21x(1+t)dt+2x(1+x)(1+x)2\displaystyle = 2 \int _{- 1} ^{x} {( 1 + t ) dt + 2 x ( 1 + x ) - \left( 1 + x \right) ^{2}} =[(1+t)2]1x+x21= \left[ ( 1 + t ) ^{2} \right] _{- 1} ^{x} + x ^{2} - 1 =(1+x)2+x21= ( 1 + x ) ^{2} + x ^{2} - 1 =2x2+2x= 2 x ^{2} + 2 x =2x(x+1)= 2 x ( x + 1 ) (ⅲ) 0x<10 \leq x < 1일 때, g(x)g' ( x )=2{10(1+t)dt+0x(1t)dt}\displaystyle = 2 \left\{ \int _{- 1} ^{0} {( 1 + t ) dt + \int _{0} ^{x} ( 1 - t ) dt \}} \right. +2x(1x)(1x)2+ 2 x ( 1 - x ) - \left( 1 - x \right) ^{2} =1[(1t)2]0x3x2+4x1\displaystyle = 1 - \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} ( 1 - t ) ^{2} \end{array} \right] _{0} ^{x} - 3 x ^{2} + 4 x - 1 =(1x)2+13x2+4x= - \left( 1 - x \right) ^{2} + 1 - 3 x ^{2} + 4 x =4x2+6x= - 4 x ^{2} + 6 x =2x(2x3)= - 2 x \left( 2 x - 3 \right) (ⅳ) x1x \geq 1일 때, g(x)g' ( x )=2{10(1+t)dt+01(1t)dt+1x0dt}\displaystyle = 2 \left\{ \int _{- 1} ^{0} {( 1 + t ) dt + \int _{0} ^{1} ( 1 - t ) dt + \int _{1} ^{x} {0 dt} \}} \right.+2x0(0)2+ 2 x \cdot 0 - \left( 0 \right) ^{2} =2(12+12)\displaystyle = 2 \left( \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \right)=2= 2 따라서 y=g(x)y = g' ( x )의 그래프를 그리면 다음과 같다.

따라서 x=0x = 0일 때, 극소이면서 최소가 되므로 최솟값은 g(0)g ( 0 )이다. \thereforeg(0)g ( 0 )=2010(1+t)dt10(1+t)2dt\displaystyle = 2 \cdot 0 \cdot \int _{- 1} ^{0} {( 1 + t ) dt} - \int _{- 1} ^{0} ( 1 + t ) ^{2} dt =0[13(1+t)3]10\displaystyle = 0 - \left[ \frac{1}{3} ( 1 + t ) ^{3} \right] _{- 1} ^{0} =13\displaystyle = - \frac{1}{3}

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