수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3-1번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

● 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 위의 점 (a,f(a))\displaystyle (a,f(a))에서 접하는 접선의 방정식은 y−f(a)=f′(a)(x−a)\displaystyle y-f(a)=f^{\prime}(a)(x-a)이다.

● 미분가능한 두 함수 f(x)\displaystyle f(x), g(x)\displaystyle g(x)에 대하여 f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x), g′(x)\displaystyle g^{\prime}(x)가 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속일 때 다음 식이 성립한다.∫abf(x)g′(x)dx=[f(x)g(x)]ab−∫abf′(x)g(x)dx\displaystyle \int_a^bf(x)g^{\prime}(x)dx=\Biggl[f(x)g(x)\Biggr]_a^b-\int_a^bf^{\prime}(x)g(x)dx

● 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.

[문제 3-1] 좌표평면 위의 점 A(0,1)\displaystyle \mathrm{A}(0,1)에서 곡선 y=f(x)=(ln⁡x)2−ln⁡x\displaystyle y=f(x)=(\ln x)^2-\ln x에 그은 두 접선의 접점을 (α,f(α))\displaystyle (\alpha,f(\alpha)), (β,f(β))\displaystyle (\beta,f(\beta))라 할 때, ∫αβ{(ln⁡x)2−ln⁡x}dx\displaystyle \int_\alpha^\beta\{(\ln x)^2-\ln x\}dx를 구하시오. (단, α<β\displaystyle \alpha<\beta이다.) [10점]

해설강의 준비중

[문제 3-1]

+2점 · y−ln⁡b(ln⁡b−1)=1b(2ln⁡b−1)(x−b)\displaystyle y-\ln b(\ln b-1)=\frac1b(2\ln b-1)(x-b)를 얻으면 +3점 · α=1\displaystyle \alpha=1, β=e3\displaystyle \beta=e^3을 구하면

(b,f(b))\displaystyle (b,f(b))에서의 접선의 방정식은 y−ln⁡b(ln⁡b−1)=1b(2ln⁡b−1)(x−b)\displaystyle y-\ln b(\ln b-1)=\frac1b(2\ln b-1)(x-b)이고 A(0,1)\displaystyle \mathrm{A}(0,1)을 지나므로 대입하여 정리하면 (ln⁡b)2−3ln⁡b=0\displaystyle (\ln b)^2-3\ln b=0이다. 따라서 α=1\displaystyle \alpha=1, β=e3\displaystyle \beta=e^3이다.

+5점 · 적분하여 3e3−3\displaystyle 3e^3-3을 얻으면

(xln⁡x−x)′=ln⁡x\displaystyle (x\ln x-x)^{\prime}=\ln x를 이용하여 부분적분을 하면∫1e3ln⁡x(ln⁡x−1)dx=[(xln⁡x−x)(ln⁡x−1)]1e3−∫1e3(ln⁡x−1)dx=3e3−3\displaystyle \int_1^{e^3}\ln x(\ln x-1)dx=\Biggl[(x\ln x-x)(\ln x-1)\Biggr]_1^{e^3}-\int_1^{e^3}(\ln x-1)dx=3e^3-3이 된다.

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

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

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