미적분Ⅰ도함수의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

사이값 정리 증명

문제

다음은 구간 (0,1)( 0 , 1 )에서 두 함수 f(x)=x32x2+4x4f ( x ) = x ^{3} - 2 x ^{2} + 4 x - 4g(x)=x22x3g ( x ) = x ^{2} - 2 x - 3의 그래프가 오직 한 점에서 만남을 증명한 것이다.

<증명> h(x)=f(x)g(x)h ( x ) = f ( x ) - g ( x )라 하면 h(x)=x33x2+6x1h ( x ) = x ^{3} - 3 x ^{2} + 6 x - 1은 모든 실수 xx에 대하여 연속이다. h(0)h(1)()0h ( 0 ) \cdot h ( 1 ) \square {( \text{가} )} 0 이므로, 사이값의 정리에 의해 방정식 h(x)=0h ( x ) = 00011 사이에서 적어도 하나의 실근을 갖는다. 모든 실수 xx에 대하여 h(x)()0h' ( x ) \square {( \text{나} )} 0 이므로 h(x)h ( x )()\square {( \text{다} )} 이다. 따라서 h(x)=0h ( x ) = 00011 사이에서 오직 하나의 실근을 갖게 된다. 즉, 구간 (0,1)( 0 , 1 )에서 f(x)f ( x )g(x)g ( x )의 그래프는 오직 한 점에서 만난다.

위의 증명에서 (가), (나), (다)에 알맞은 것을 차례로 나열한 것은? [3점] (가) (나) (다) < > 증가함수< > 감소함수< < 감소함수> < 감소함수> > 증가함수

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해설

h(x)=f(x)g(x)h ( x ) = f ( x ) - g ( x )라 하면 h(x)=x33x2+6x1h ( x ) = x ^{3} - 3 x ^{2} + 6 x - 1은 모든 실수xx에 대하여 연속이다. h(0)=1<0h ( 0 ) = - 1 < 0,0 h(1)=3>0h ( 1 ) = 3 > 0에서 h(0)h(1)<0h ( 0 ) \cdot h ( 1 ) \square {<} 0이므로, 사이값의 정리에 의하여 방정식 h(x)=0h ( x ) = 0은 0과 1 사이에 적어도 하나의 실근을 갖는다. 모든 실수xx에 대하여 h(x)=3x26x+6=3(x1)2+3>0h' ( x ) = 3 x ^{2} - 6 x + 6 = 3 ( x - 1 ) ^{2} + 3 \square {>} 0 이므로 h(x)h ( x )증가\square {\text{증가}}함수이다. 따라서, h(x)=0h ( x ) = 0은 0과 1 사이에 오직 하나의 실근을 갖게 된다. 즉, 구간 (0,1)( 0 , 1 )에서 f(x)f ( x )g(x)g ( x )의 그래프는 오직 한 점에서 만난다.

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