미적분Ⅱ도함수의 활용수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

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문제

함수 f(x)=ln(2x2+1)f \left( x \right) = \ln \left( 2 x ^{2} + 1 \right)에 대하여 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [4점]

보 기
ㄱ. 모든 실수 xx에 대하여 f(x)=f(x)f' ( - x ) = - f' ( x )이다. ㄴ. f(x)f \left( x \right)의 도함수 f(x)f' \left( x \right)의 최댓값은 2\displaystyle \sqrt{2}이다. ㄷ. 임의의 두 실수 x1x _{1}, x2x _{2}에 대하여 f(x1)f(x2)2x1x2\displaystyle \left| f \left( x _{1} \right) - f \left( x _{2} \right) \right| \leq \sqrt{2} \left| x _{1} - x _{2} \right|이다.

ㄱ, ㄴㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. f(x)=4x2x2+1\displaystyle f' \left( x \right) = \frac{4 x}{2 x ^{2} + 1}이므로 f(x)=f(x)f' ( - x ) = - f' ( x ) (참) ㄴ. f(x)=4(2x2+1)4x4x(2x2+1)2=4(12x2)(2x2+1)2\displaystyle f'' \left( x \right) = \frac{4 \left( 2 x ^{2} + 1 \right) - 4 x \cdot 4 x}{\left( 2 x ^{2} + 1 \right) ^{2}} = \frac{4 \left( 1 - 2 x ^{2} \right)}{\left( 2 x ^{2} + 1 \right) ^{2}} f(x)=0f'' \left( x \right) = 0에서 x=12\displaystyle x = - \frac{1}{\sqrt{2}} 또는 x=12\displaystyle x = \frac{1}{\sqrt{2}}

xx12\displaystyle - \frac{1}{\sqrt{2}}12\displaystyle \frac{1}{\sqrt{2}}
f(x)f'' \left( x \right)-00++00-
f(x)f' \left( x \right)2\displaystyle - \sqrt{2}2\displaystyle \sqrt{2}

limxf(x)=limxf(x)=0\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow - \infty} {f' \left( x \right)} = \lim\limits _{x \rightarrow \infty} {f' \left( x \right)} = 0이므로 y=f(x)y = f' \left( x \right)의 그래프는 그림과 같다.

따라서 함수 f(x)f' \left( x \right)의 최댓값은 2\displaystyle \sqrt{2}이다. (참) ㄷ. ⅰ) x1=x2x _{1} = x _{2}일 때, 주어진 부등식은 성립한다. ⅱ) x1x2x _{1} \ne x _{2}일 때, 닫힌 구간 [x1,x2]\left[ x _{1} , x _{2} \right]에서 평균값의 정리에 의하여 f(x1)f(x2)x1x2=f(c)\displaystyle \frac{f \left( x _{1} \right) - f \left( x _{2} \right)}{x _{1} - x _{2}} = f' \left( c \right)cc가 열린 구간 (x1,x2)\left( x _{1} , x _{2} \right)에서 적어도 하나 존재한다. ㄱ, ㄴ에 의하여 2f(x)2\displaystyle - \sqrt{2} \leq f' \left( x \right) \leq \sqrt{2}이므로 f(x1)f(x2)x1x2=f(c)2\displaystyle \left| \frac{f \left( x _{1} \right) - f \left( x _{2} \right)}{x _{1} - x _{2}} \right| = \left| f' \left( c \right) \right| \leq \sqrt{2}이다. \therefore ⅰ), ⅱ)에 의하여 임의의 두 실수 x1,x2x _{1} , x _{2}에 대하여 f(x1)f(x2)2x1x2\displaystyle \left| f \left( x _{1} \right) - f \left( x _{2} \right) \right| \leq \sqrt{2} \left| x _{1} - x _{2} \right| (참) 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ, ㄷ

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