수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 I 2-1번

문제

[문제 2] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

● 미분가능한 두 함수 y=f(u)\displaystyle y=f(u), u=g(x)\displaystyle u=g(x)에 대하여 합성함수 y=f(g(x))\displaystyle y=f(g(x))의 도함수는 {f(g(x))}′=f′(g(x))g′(x)\displaystyle \{f(g(x))\}^{\prime}=f^{\prime}(g(x))g^{\prime}(x)이다.

● 두 점 A(a1,a2)\displaystyle \mathrm{A}(a_1,a_2), B(b1,b2)\displaystyle \mathrm{B}(b_1,b_2)에 대하여 벡터 AB→\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{AB}}는 (b1−a1,b2−a2)\displaystyle (b_1-a_1,b_2-a_2)로 주어진다.

● 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=a\displaystyle x=a에서 미분가능하고 x=a\displaystyle x=a에서 극값을 가지면 f′(a)=0\displaystyle f^{\prime}(a)=0이다. 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 f′(a)=0\displaystyle f^{\prime}(a)=0이고, x=a\displaystyle x=a의 좌우에서 f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)의 부호가 양에서 음으로 바뀌면 f(x)\displaystyle f(x)는 x=a\displaystyle x=a에서 극대이다.

[문제 2-1] 좌표평면 위의 곡선 9y2=64(1−x)3\displaystyle 9y^2=64(1-\sqrt{x})^3의 길이를 구하시오. (단, x≥12\displaystyle x\ge\frac12, y≥0\displaystyle y\ge0이다.) [10점]

해설강의 준비중

[문제 2-1]

+2점 · x\displaystyle x 범위 12≤x≤1\displaystyle \frac12\le x\le1를 얻으면

주어진 식으로부터 x\displaystyle x의 범위 12≤x≤1\displaystyle \frac12\le x\le1을 얻는다.

+3점 · 미분을 계산하여 dydx=−2(1−x)12x\displaystyle \frac{dy}{dx}=-\frac{2(1-\sqrt{x})^{\frac12}}{\sqrt{x}}을 얻으면

그리고 합성함수 y=83(1−x)32\displaystyle y=\frac83(1-\sqrt{x})^{\frac32}를 미분하여 dydx=−2(1−x)12x\displaystyle \frac{dy}{dx}=-\frac{2(1-\sqrt{x})^{\frac12}}{\sqrt{x}}을 얻는다. (또는 음함수 미분법을 이용하여 동일한 결과를 얻을 수 있다.)

+1점 · 곡선의 길이를 적분 ∫1211+(dydx)2dx\displaystyle \int_{\frac12}^1\sqrt{1+\left(\frac{dy}{dx}\right)^2}dx를 이용해 구할 수 있다는 것을 알고 있으면 +4점 · 적분 ∫1211+(dydx)2dx\displaystyle \int_{\frac12}^1\sqrt{1+\left(\frac{dy}{dx}\right)^2}dx를 계산하여 정답을 얻으면 (부호에 오류가 있는 경우 2점 감점)

마지막으로 다음과 같이 적분을 계산하여 해당 곡선의 길이를 구한다.∫1211+(dydx)2dx=∫1211+4(1−x)xdx=∫121(1−2x)2dx=∫121(2x−1)dx=72−22\displaystyle \begin{aligned}\int_{\frac12}^1\sqrt{1+\left(\frac{dy}{dx}\right)^2}dx&=\int_{\frac12}^1\sqrt{1+\frac{4(1-\sqrt{x})}{x}}dx=\int_{\frac12}^1\sqrt{\left(1-\frac2{\sqrt{x}}\right)^2}dx\\&=\int_{\frac12}^1\left(\frac2{\sqrt{x}}-1\right)dx=\frac72-2\sqrt2\end{aligned}

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 1~2점의 부분 점수를 부여할 수 있음.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 –0.5~+0.5점을 부여할 수 있음.

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