수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

의예과 3번

문제

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+80점 · F(x)=x,  G(x)=1(1+x4)1/4\displaystyle F(x)=x,\;G(x)=\frac1{(1+x^4)^{1/4}}라 하자. 부분적분법에 의하여0t1(1+x4)1/4dx=0tF(x)G(x)dx=[F(x)G(x)]0t0tF(x)G(x)dx=[x(1+x4)1/4]0t+0tx4(1+x4)5/4dx\displaystyle \begin{aligned}\int_0^t\frac1{(1+x^4)^{1/4}}dx&=\int_0^tF^{\prime}(x)G(x)dx\\&=\Biggl[F(x)G(x)\Biggr]_0^t-\int_0^tF(x)G^{\prime}(x)dx\\&=\Biggl[\frac{x}{(1+x^4)^{1/4}}\Biggr]_0^t+\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{5/4}}dx\end{aligned}

F(x)=x,  G(x)=1(1+x4)1/4\displaystyle F(x)=x,\;G(x)=\frac1{(1+x^4)^{1/4}}라 하자. 부분적분법에 의하여0t1(1+x4)1/4dx=0tF(x)G(x)dx=[F(x)G(x)]0t0tF(x)G(x)dx=[x(1+x4)1/4]0t+0tx4(1+x4)5/4dx\displaystyle \begin{aligned}\int_0^t\frac1{(1+x^4)^{1/4}}dx&=\int_0^tF^{\prime}(x)G(x)dx\\&=\Biggl[F(x)G(x)\Biggr]_0^t-\int_0^tF(x)G^{\prime}(x)dx\\&=\Biggl[\frac{x}{(1+x^4)^{1/4}}\Biggr]_0^t+\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{5/4}}dx\end{aligned}

+40점 · 따라서, 제시문 (ㄱ)의 함수는 다음과 같다.f(t)=0t1(1+x4)1/4dx0tx4(1+x4)1/4dx=[x(1+x4)1/4]0t+0tx4(1+x4)1/4dx0tx4(1+x4)1/4dx=t(1+t4)1/4\displaystyle \begin{aligned}f(t)&=\int_0^t\frac1{(1+x^4)^{1/4}}dx-\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{1/4}}dx\\&=\Biggl[\frac{x}{(1+x^4)^{1/4}}\Biggr]_0^t+\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{1/4}}dx-\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{1/4}}dx=\frac{t}{(1+t^4)^{1/4}}\end{aligned}

따라서, 제시문 (ㄱ)의 함수는 다음과 같다.f(t)=0t1(1+x4)1/4dx0tx4(1+x4)1/4dx=[x(1+x4)1/4]0t+0tx4(1+x4)1/4dx0tx4(1+x4)1/4dx=t(1+t4)1/4\displaystyle \begin{aligned}f(t)&=\int_0^t\frac1{(1+x^4)^{1/4}}dx-\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{1/4}}dx\\&=\Biggl[\frac{x}{(1+x^4)^{1/4}}\Biggr]_0^t+\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{1/4}}dx-\int_0^t\frac{x^4}{(1+x^4)^{1/4}}dx=\frac{t}{(1+t^4)^{1/4}}\end{aligned}Correction. 이 계산에서 분자 x4\displaystyle x^4인 항의 분모는 제시문과 부분적분식에 따라 (1+x4)5/4\displaystyle (1+x^4)^{5/4}이어야 한다. 원문은 해당 지수를 반복해서 1/4\displaystyle 1/4로 적었다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

+50점 · f(t)\displaystyle f(t)[0,1]\displaystyle [0,1]에서 f(t)0\displaystyle f(t)\geq0이므로 제시문 (ㄷ)의 s\displaystyle ss=01v(t)dx=01v(t)dx=013t3(1+t4)1/4dt+013t2dt=013t3(1+t4)1/4dt+1\displaystyle \begin{aligned}s&=\int_0^1|v(t)|dx=\int_0^1v(t)dx\\&=\int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt+\int_0^13t^2dt=\int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt+1\end{aligned}위의 적분에서 u=1+t4\displaystyle u=1+t^4로 치환하면 치환적분법에 의해서013t3(1+t4)1/4dt=3412u1/4du=[u3/4]12=23/41\displaystyle \int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt=\frac34\int_1^2u^{-1/4}du=\Biggl[u^{3/4}\Biggr]_1^2=2^{3/4}-1이므로,s=013t3(1+t4)1/4dt+1=23/4\displaystyle s=\int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt+1=2^{3/4}

f(t)\displaystyle f(t)[0,1]\displaystyle [0,1]에서 f(t)0\displaystyle f(t)\geq0이므로 제시문 (ㄷ)의 s\displaystyle ss=01v(t)dx=01v(t)dx=013t3(1+t4)1/4dt+013t2dt=013t3(1+t4)1/4dt+1\displaystyle \begin{aligned}s&=\int_0^1|v(t)|dx=\int_0^1v(t)dx\\&=\int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt+\int_0^13t^2dt=\int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt+1\end{aligned}Correction. 속도 v(t)\displaystyle v(t)를 시간에 대해 적분하므로 이 줄의 두 dx\displaystyle dxdt\displaystyle dt의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.위의 적분에서 u=1+t4\displaystyle u=1+t^4로 치환하면 치환적분법에 의해서013t3(1+t4)1/4dt=3412u1/4du=[u3/4]12=23/41\displaystyle \int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt=\frac34\int_1^2u^{-1/4}du=\Biggl[u^{3/4}\Biggr]_1^2=2^{3/4}-1이므로,s=013t3(1+t4)1/4dt+1=23/4\displaystyle s=\int_0^1\frac{3t^3}{(1+t^4)^{1/4}}dt+1=2^{3/4}

+10점 · 따라서 s4=8\displaystyle s^4=8

따라서 s4=8\displaystyle s^4=8

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