문제
해설
Step 1. f(x) 구하기
∫0x{f′(t)}2dt=ln1+cosf(x)−lnsinf(x)⋯(가)
{f′(x)}2={1+cosf(x)−sinf(x)−sinf(x)cosf(x)}⋅f′(x)
f′(x)=−{1+cosf(x)}⋅sinf(x)sin2f(x)+cosf(x)+cos2f(x)=−{1+cosf(x)}⋅sinf(x)1+cosf(x)=−sinf(x)1
f′(x)⋅sinf(x)=−1
cosf(x)=x+C (C 는 적분상수)
(가)에 x=0 을 대입하면 0=lnsinf(0)1+cosf(0)
∴1+cosf(0)=sinf(0) 또는 1+cosf(0)=−sinf(0)
어느 경우든 간에 {1+cosf(0)}2={sinf(0)}2 이다.
그러므로 {sinf(0)}2+{cosf(0)}2=1 에서
{1+cosf(0)}2+{cosf(0)}2=1
2{cosf(0)}2+2cosf(0)=0
cosf(0)=0 또는 cosf(0)=−1
문제 조건에서 f 의 공역이 (0,π) 이기 때문에, cosf(0)=−1 이다. 따라서 cosf(0)=0 이고, C=0 이다.
∴cosf(x)=x
Step 2. g(x) 구하기
∫2π2ysinzdz=[−cosz]2π2y=−cos2y
∫02w−cos2ydy=[−21sin2y]02w=−21sinw
∫vf(x)−21sinwdw=[21cosw]vf(x)=21{cosf(x)−cosv}=21(x−cosv)
∫0u221(x−cosv)dv=[sinv−21xv]0u2=21{sin(u2)−xu2}
h(t)=∫πt{sin(u2)−xu2}du 라 하자.
h′(t)=−xt2+sin(t2)
∫0th(s)ds=[sh(s)]0t−∫0tsh′(s)ds=th(t)−∫0ts⋅{−xs2+sin(s2)}ds
k=s2 라 하면 dk=2sds
∫0th(s)ds=th(t)−21∫0t2(−xk+sink)dk=th(t)−21[−2xv2−cosv]0t2=th(t)−21{−2xt4−cos(t2)+1}
g(x)=t→0lim21h(t)sint21∫0th(s)ds=t→0limsint⋅h(t)th(t)−21{−2xt4−cos(t2)+1}=t→0limsintt+41t→0limsint⋅h(t)xt4−21t→0limsint⋅h(t)1−cos(t2)=1+41t→0limh(t)(x−1)t3
Step 3. 답 구하기
(ⅰ) x가 h(0)=0 을 만족할 때
i(t)=(x−1)t3 로 두면, i′(t)=3(x−1)t2 이므로
t→0limh(t)i(t)=t→0limth(t)−h(0)ti(t)−i(0)=t→0limh′(t)i′(t)=t→0lim−xt2+sin(t2)3(x−1)t2=−3
g(x)=1−43=41
h(0)=∫π0{sin(l2)−xl2}dl=[−3xl3]0π−2∫0πsin(l2)dl=0
∫0πsin(l2)dl=−6xππ
∫0πsin(l2)dl 은 상수이므로, 위 식을 만족시키는 x 는 α 로 유일하다.
(다시 말해 g(m)=41=k 를 만족하는 m 은 α=−ππ6∫0πsin(l2)dl 로 유일하다.)
l=t 라 하면 dt=2ldl 이므로,
∫0πtsintdt=∫0πlsin(l2)⋅2ldl=2∫0πsin(l2)dl=−3xπ23
pk=3 이므로 p=12, q=2, r=3
∴p×(q+r)=60
(ⅱ) x가 h(0)=0 을 만족할 때
t→0limh(t)(x−1)t3=0 이므로 g(x)=1 이다. 그런데 앞에서 h(0)=0 을 만족하는 x 는 단 한 개임을 보였으므로, h(0)=0 을 만족하는 x 는 무수히 많다. 고로 이 경우에서 g(m)=1 을 만족하는 m 이 α ‘뿐’인 경우는 없다.
정답
60
문제의 생김새에 비해서는 깔끔하게 풀린다고 볼 수 있을 것 같다. 식을 잘 정리하고 관찰하면 풀리기 때문에 가형 킬러보다는 다소 쉬운 난이도라고 할 수 있을 것 같다.
History
- 최초 출제일: 2022.08.14.
- 해설 작성일: 2022.08.14.
- 웹 업로드일: 2023.02.07.