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

직교 조건을 만족하는 다항함수

문제

음이 아닌 정수 nn에 대하여 최고차항의 계수가 1인 nn차 다항함수 Pn(x)P _{n} ( x )는 다음 조건을 만족시킨다.

(가) P0(x)=1P _{0} ( x ) = 1, P1(x)=xP _{1} ( x ) = x (나) 음이 아닌 서로 다른 정수 mm, nn에 대하여 11Pm(x)Pn(x)dx=0\displaystyle \int _{- 1} ^{1} P _{m} ( x ) P _{n} ( x ) dx = 0

01P3(x)dx\displaystyle \int _{0} ^{1} P _{3} ( x ) dx 의 값은? [5점] 120\displaystyle - \frac{1}{20}110\displaystyle - \frac{1}{10}15\displaystyle \frac{1}{5}110\displaystyle \frac{1}{10}120\displaystyle \frac{1}{20}

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해설

P2(x)=x2+ax+bP _{2} ( x ) = x ^{2} + ax + b라 하면 11P0(x)P2(x)dx=11(x2+ax+b)dx=23+2b=0\displaystyle \int _{- 1} ^{1} P _{0} ( x ) P _{2} ( x ) dx = \int _{- 1} ^{1} ( x ^{2} + ax + b ) dx = \frac{2}{3} + 2 b = 0 11P1(x)P2(x)dx=11(x3+ax2+bx)dx\displaystyle \int _{- 1} ^{1} P _{1} ( x ) P _{2} ( x ) dx = \int _{- 1} ^{1} ( x ^{3} + ax ^{2} + bx ) dx=23a=0\displaystyle = \frac{2}{3} a = 0 \therefore a=0a = 0, b=13\displaystyle b = - \frac{1}{3}, P2(x)=x213\displaystyle P _{2} ( x ) = x ^{2} - \frac{1}{3} P3(x)=x3+cx2+dx+eP _{3} ( x ) = x ^{3} + cx ^{2} + dx + e라 하면 11(x3+cx2+dx+e)dx=23c+2e=0\displaystyle \int _{- 1} ^{1} ( x ^{3} + cx ^{2} + dx + e ) dx = \frac{2}{3} c + 2 e = 0, 13c+e=0\displaystyle \frac{1}{3} c + e = 0 11(x4+cx3+dx2+ex)dx\displaystyle \int _{- 1} ^{1} ( x ^{4} + cx ^{3} + dx ^{2} + ex ) dx=25+23d=0\displaystyle = \frac{2}{5} + \frac{2}{3} d = 0, d=35\displaystyle d = - \frac{3}{5} 11(x213)(x3+cx2+dx+e)dx=11(x5+cx4+dx3+ex2)dx1311(x3+cx2+dx+e)dx\displaystyle \begin{aligned} \int _{- 1} ^{1} {( x ^{2} - \frac{1}{3} )} ( x ^{3} + cx ^{2} + dx ^{} + e ) dx \\ = \int _{- 1} ^{1} {} ( x ^{5} + cx ^{4} + dx ^{3} + ex ^{2} ) dx - \frac{1}{3} \int _{- 1} ^{1} {} ( x ^{3} + cx ^{2} + dx ^{} + e ) dx \end{aligned} =25c+23e=0\displaystyle = \frac{2}{5} c + \frac{2}{3} e = 0 01P3(x)dx=01(x3+cx2+dx+e)dx\displaystyle \int _{0} ^{1} P _{3} ( x ) dx = \int _{0} ^{1} ( x ^{3} + cx ^{2} + dx + e ) dx=14+13c+12d+e\displaystyle = \frac{1}{4} + \frac{1}{3} c + \frac{1}{2} d + e =14+12d\displaystyle = \frac{1}{4} + \frac{1}{2} d=14310\displaystyle = \frac{1}{4} - \frac{3}{10}=120\displaystyle = - \frac{1}{20}

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