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

평행이동한 삼차함수 적분

문제

최고차항의 계수가 11이고 f(0)=1f ( 0 ) = 1인 삼차함수 f(x)f ( x )와 양의 실수 pp에 대하여 함수 g(x)g ( x )가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) g(0)=0g' ( 0 ) = 0 (나) g(x)g ( x )={f(xp)f(p)(x<0)f(x+p)f(p)(x0)\displaystyle = {\begin{cases} \begin{aligned} f ( x - p ) - f ( - p ) \\ \end{aligned} & \begin{aligned} ( x < 0 ) \\ \end{aligned} \\ f ( x + p ) - f ( p ) & ( x \geq 0 ) \end{cases}}

0pg(x)dx=20\displaystyle \int _{0} ^{p} {g ( x )} dx = 20일 때, f(5)f ( 5 )의 값을 구하시오. [4점]

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66

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해설

[출제의도] 정적분을 활용하여 문제를 해결한다. g(0)=0g ( 0 ) = 0이므로 limx0g(x)g(0)x0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {\frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x - 0}}=limx0f(xp)f(p)x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 -} {\frac{f \left( x - p \right) - f \left( - p \right)}{x}}=f(p)= f' \left( - p \right) limx0+g(x)g(0)x0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {\frac{g ( x ) - g ( 0 )}{x - 0}}=limx0+f(x+p)f(p)x\displaystyle = \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {\frac{f \left( x + p \right) - f ( p )}{x}}=f(p)= f' \left( p \right) g(0)=0g' ( 0 ) = 0이므로 f(p)=f(p)f' \left( - p \right) = f' ( p )=0= 0 f(x)f' ( x )는 이차항의 계수가 33인 이차식이므로 f(x)f' ( x )=3(x+p)(xp)= 3 \left( x + p \right) \left( x - p \right)=3x23p2= 3 x ^{2} - 3 p ^{2} 따라서 f(x)f ( x )=x33p2x+C= x ^{3} - 3 p ^{2} x + C(단, CC는 적분상수) f(0)=1f ( 0 ) = 1이므로 f(x)f ( x )=x33p2x+1= x ^{3} - 3 p ^{2} x + 1 x0x \geq 0에서 g(x)g ( x )=f(x+p)f(p)= f \left( x + p \right) - f ( p )이므로 0pg(x)dx\displaystyle \int _{0} ^{p} {g ( x )} dx=0p{f(x+p)f(p)}dx\displaystyle = \int _{0} ^{p} {\left\{ f \left( x + p \right) - f \left( p \right) \right\}} dx =0p(x3+3px2)dx\displaystyle = \int _{0} ^{p} {\left( x ^{3} + 3 px ^{2} \right)} dx=[x44+px3]0p\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \frac{x ^{4}}{4} + px ^{3} \end{array} \right] _{0} ^{p}=54p4\displaystyle = \frac{5}{4} p ^{4}=20= 20 p>0p > 0이므로 p=2p = 2이고, f(x)f ( x )=x312x+1= x ^{3} - 12 x + 1 따라서 f(5)f ( 5 )=66= 66

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