f′(x2+x+1⏟q(x))=πf(1)sin⁡(πx)+f(3)x+5x2f'(\underbrace{x^2+x+1}_{q(x)})=\pi f(1)\sin(\pi x)+f(3)x+5x^2일 때 f(7)f(7)
−2−112 0 x 1 f(1) = ?−1 3 f(3) = ?5 7 f(7) = ?93 q(x) x = 2 x = −1, 0 → 둘 다 1 시작 x = −1 x = 1

실수 전체의 집합에서 미분가능한 함수 f(x)f(x)가 모든 실수 xx에 대하여

f′(x2+x+1)=πf(1)sin⁡(πx)+f(3)x+5x2f'(x^2+x+1)=\pi f(1)\sin(\pi x)+f(3)x+5x^2

를 만족시킬 때, f(7)f(7)의 값을 구하시오. [4점]

↓ 넘기며 보기

목표 f(7)f(7)의 77은, 안쪽 q(x) = x²+x+1이 x=2x=2에서 내는 값입니다.

그러니 이 문제는 qq가 보내는 높이마다 ff를 읽는 일입니다.

먼저 식에 섞인 상수부터. x=0x=0과 x=−1x=-1은 둘 다 q=1q=1이라, 왼쪽이 같은 f′(1)f'(1)입니다.

x=0: f′(1)=0,x=−1: f′(1)=−f(3)+5x=0:\ f'(1)=0,\qquad x=-1:\ f'(1)=-f(3)+5

왼쪽이 같으니 오른쪽도 같습니다.

0=−f(3)+5 ⇒ f(3)=50=-f(3)+5\ \Rightarrow\ f(3)=5
막힘

주어진 건 도함수 f′f'인데 필요한 건 값 f(7)f(7). 적분하려면 왼쪽을 합성함수의 미분 꼴로 만들어야 합니다.

{f(q(x))}′=q′(x) f′(q(x)),q′(x)=2x+1\{f(q(x))\}'=q'(x)\,f'(q(x)),\qquad q'(x)=2x+1

양변에 q′(x)q'(x)를 곱해 −1부터 적분합니다. q(−1)=1q(-1)=1이라 왼쪽이 f(q(x))−f(1)f(q(x))-f(1)로 떨어집니다.

f(q(x))−f(1)=∫−1x(2t+1){πf(1)sin⁡(πt)+5t(t+1)} dtf(q(x))-f(1)=\int_{-1}^{x}(2t+1)\{\pi f(1)\sin(\pi t)+5t(t+1)\}\,dt

오른쪽을 계산하면, 모르는 것은 f(1)f(1) 하나만 남습니다.

f(q(x))−f(1)=f(1) B(x)+52(x2+x)2f(q(x))-f(1)=f(1)\,B(x)+\tfrac52(x^2+x)^2

B(x)=−(2x+1)cos⁡(πx)+2πsin⁡(πx)+1B(x)=-(2x+1)\cos(\pi x)+\tfrac{2}{\pi}\sin(\pi x)+1 (부분적분)

x=1x=1이면 q(1)=3q(1)=3 — 이미 아는 f(3)f(3)이 나타나 f(1)f(1)이 정해집니다.

5−f(1)=4f(1)+10 ⇒ f(1)=−15-f(1)=4f(1)+10\ \Rightarrow\ f(1)=-1

B(1)=4B(1)=4, 52⋅22=10\tfrac52\cdot2^2=10

이제 x=2x=2, q(2)=7q(2)=7.

f(7)−(−1)=(−1)(−4)+90 ⇒ f(7)=93f(7)-(-1)=(-1)(-4)+90\ \Rightarrow\ f(7)=93

B(2)=−4B(2)=-4, 52⋅62=90\tfrac52\cdot6^2=90

f(7)=f(7)= 9393

안쪽 값이 같은 두 입력이 보이면 둘 다 넣어 본다 — 왼쪽이 같은 식 두 개가 상수를 정한다.

다음 해설 처음 맞는 자리에서 거꾸로 간다 계속 →