미적분Ⅰ부정적분과 정적분수능 기출기본 문제 (3점 중반)

미적분 기본정리 증명

문제

다음은 폐구간 [a,b][ a , b ]에서 연속인 함수 f(x)f ( x )에 대하여 F(x)=axf(t)dt\displaystyle F ( x ) = \int _{a} ^{x} f ( t ) dt의 어떤 성질을 증명하는 과정이다. (가), (나), (다)에 알맞은 것을 순서대로 적으면? [3점] [증 명] (ⅰ)h>0h > 0일 때, xxx+hx + h가 개구간 (a,b)( a , b ) 안에 있다면 F(x+h)F(x)=F ( x + h ) - F ( x ) = (가) 이고 f(x)f ( x )는 정의된 구간에서 (나) 이므로 적당한 상수 m,M(mM)m , M ( m \leq M )이 존재하여 mhmh \leq(가) Mh\leq Mh이다. 양변을 hh로 나누고 h+0h \rightarrow + 0이면 mmMM이 같아지므로 limh+0F(x+h)F(x)h=f(x)\displaystyle \lim\limits _{h \rightarrow + 0} \frac{F ( x + h ) - F ( x )}{h} = f ( x )이다. (ⅱ)h<0h < 0일 때 (ⅰ)과 동일한 방법으로 limh0F(x+h)F(x)h=f(x)\displaystyle \lim\limits _{h \rightarrow - 0} \frac{F ( x + h ) - F ( x )}{h} = f ( x )임을 알 수 있다. 그러므로 (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 (다) 이다.

xx+hf(t)dt\displaystyle \int _{x} ^{x + h} f ( t ) dt, 연속인 함수, F(x)=f(x)F' ( x ) = f ( x )xx+hf(t)dt\displaystyle \int _{x} ^{x + h} f ( t ) dt, 미분가능한 함수, F(x)=f(x)F' ( x ) = f ( x )ax+hf(t)dt\displaystyle \int _{a} ^{x + h} f ( t ) dt, 연속인 함수, F(x)=f(x)F' ( x ) = f ( x )ax+hf(t)dt\displaystyle \int _{a} ^{x + h} f ( t ) dt, 연속인 함수, F(x)F' ( x )[a,b][ a , b ]에서 연속ax+hf(t)dt\displaystyle \int _{a} ^{x + h} f ( t ) dt, 미분가능한 함수, F(x)F' ( x )[a,b][ a , b ]에서 연속

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해설

(ⅰ) h>0h > 0일 때, xxx+hx + h가 개구간 (a,b)( a , b )안에 있다면 F(x)=axf(t)dt\displaystyle F ( x ) = \int _{a} ^{x} f ( t ) dt에서 F(x+h)F(x)=ax+hf(t)dtaxf(t)dt=xx+hf(t)dt\displaystyle \begin{aligned} F ( x + h ) - F ( x ) & = \int _{a} ^{x + h} {} f ( t ) dt - \int _{a} ^{x} {} f ( t ) dt = \int _{x} ^{x + h} {} f ( t ) dt \end{aligned} 이다. 또, f(x)f ( x )는 구간 [a,b]\left[ a , b \right]에서 연속이므로 최대․최소정리에 의하여 적당한 상수 m,M(mM)m , M ( m \leq M )이 존재하여 mhxx+hf(t)dtMh\displaystyle mh \leq \int _{x} ^{x + h} f ( t ) dt \leq Mh이다. 양변을 hh로 나누고 h+0h \rightarrow + 0이면 mmMM이 같아지므로 limh+0F(x+h)F(x)h=f(x)\displaystyle \lim\limits _{h \rightarrow + 0} \frac{F ( x + h ) - F ( x )}{h} = f ( x ) 이다. (ⅱ)h<0h < 0일 때 (ⅰ)과 동일한 방법으로 limh0F(x+h)F(x)h=f(x)\displaystyle \lim\limits _{h \rightarrow - 0} \frac{F ( x + h ) - F ( x )}{h} = f ( x ) 임을 알 수 있다. 그러므로(ⅰ),(ⅱ)에 의하여limh0F(x+h)F(x)h=f(x)\displaystyle \lim\limits _{h \rightarrow 0} \frac{F ( x + h ) - F ( x )}{h} = f ( x )이다. 즉, F(x)=f(x)\therefore F' ( x ) = f ( x )

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