차이의 제곱 적분이 가장 작은 일정한 높이는 무엇일까

차이의 제곱 적분이 가장 작은 일정한 높이는 무엇일까

세로 눈금과 액면이 보이는 투명 우량계

사진: Famartin · CC BY-SA 3.0 · 원본 출처

∫02f(x) dx=3,∫02f(x)2 dx=5,E(a)=∫02(f(x)−a)2 dx.\int_0^2f(x)\,dx=3,\quad\int_0^2f(x)^2\,dx=5,\quad E(a)=\int_0^2(f(x)-a)^2\,dx.

ff는 [0,2]에서 연속이고 aa는 실수다. E(a)E(a)의 최솟값과 그때의 일정한 높이 aa를 구하자.

E(a)=5−2a⋅3+a2⋅2=2(a−32)2+12.\begin{aligned} E(a)&=5-2a\cdot3+a^2\cdot2\\ &=2\left(a-\frac32\right)^2+\frac12. \end{aligned}

따라서 a=3/2, E(a)=1/2\boxed{a=3/2,\ E(a)=1/2}에서 최소다.

상수항 적분에서 구간 길이 2를 빠뜨리면 a2a^2의 계수가 틀린다. 이 계수와 전개한 가운데 항을 따로 표시하게 하자.

가장 좋은 일정한 높이가 3/23/2라는 결론은 ff 자체가 상수라는 뜻이 아니다. f(x)=3/2+(3/2)(x−1)f(x)=3/2+(\sqrt3/2)(x-1)도 처음 두 조건을 만족한다.

출처·착안: Average Value of a Function. 문항과 예시 답안은 새로 작성했다.