수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1교시 3-2번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

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

● 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.

● 미분가능한 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 도함수 g′(x)\displaystyle g^{\prime}(x)가 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]를 포함하는 열린구간에서 연속이고, g(a)=α\displaystyle g(a)=\alpha, g(b)=β\displaystyle g(b)=\beta에 대하여 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 α\displaystyle \alpha와 β\displaystyle \beta를 양끝으로 하는 닫힌구간에서 연속일 때 다음 식이 성립한다.∫abf(g(x))g′(x)dx=∫αβf(t)dt\displaystyle \int_a^b f(g(x))g^{\prime}(x)dx=\int_\alpha^\beta f(t)dtComment. 치환적분 공식의 연속성 조건은 g([a,b])\displaystyle g([a,b]) 전체를 대상으로 해야 한다. g\displaystyle g가 중간에 α\displaystyle \alpha와 β\displaystyle \beta 사이를 벗어날 수 있으므로, 두 끝값 사이에서의 연속성만으로는 충분하지 않다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

[문제 3-2] 함수 y=2e3x−3αe2x+8\displaystyle y=2e^{3x}-3\alpha e^{2x}+8의 그래프가 x\displaystyle x축과 한 점에서 만나게 하는 실수 α\displaystyle \alpha의 값을 α0\displaystyle \alpha_0이라 하고, 이때 x\displaystyle x축과의 교점을 (x0,0)\displaystyle (x_0,0)이라 하자. 다음 정적분의 값을 구하시오. [15점]∫0x0(2e3x−3α0e2x+8)dx\displaystyle \int_0^{x_0}(2e^{3x}-3\alpha_0e^{2x}+8)dx

해설강의 준비중

[문제 3-2]

+5점 · 함수의 그래프를 이해하고 ex=α\displaystyle e^x=\alpha에서 극솟값을 가진다는 것을 확인하면

α≤0\displaystyle \alpha\le0일 때, 2e3x−3αe2x+8≥8\displaystyle 2e^{3x}-3\alpha e^{2x}+8\ge8이므로 x\displaystyle x축과 만나지 않는다. dydx=6e2x(ex−α)\displaystyle \frac{dy}{dx}=6e^{2x}(e^x-\alpha)이므로 α>0\displaystyle \alpha>0인 경우에 ex=α\displaystyle e^x=\alpha에서 극솟값을 갖는다.

+5점 · α0=2\displaystyle \alpha_0=2, x0=ln⁡α0=ln⁡2\displaystyle x_0=\ln\alpha_0=\ln2를 확인하면

x\displaystyle x축과 한점에서 만나기 위하여 ex=α\displaystyle e^x=\alpha을 함수에 대입하면 2α3−3α3+8=0\displaystyle 2\alpha^3-3\alpha^3+8=0이 되어야 한다. 따라서, α0=2\displaystyle \alpha_0=2일 때 x\displaystyle x축과 한점에서 만나고 x0=ln⁡α0=ln⁡2\displaystyle x_0=\ln\alpha_0=\ln2이다.

+5점 · 적분하여 8ln⁡2−133\displaystyle 8\ln2-\frac{13}3를 구하면

주어진 정적분의 값은 아래와 같다.∫0x0(2e3x−3α0e2x+8)dx=[23e3x−3α02e2x+8x]0x0=8ln⁡2−133\displaystyle \int_0^{x_0}(2e^{3x}-3\alpha_0e^{2x}+8)dx=\Biggl[\frac23e^{3x}-\frac{3\alpha_0}2e^{2x}+8x\Biggr]_0^{x_0}=8\ln2-\frac{13}3

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 부분 점수를 부여할 수 있습니다.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 ±1점을 부여할 수 있습니다.

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