수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1교시 3-1번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

● 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속일 때, 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 x\displaystyle x축 및 두 직선 x=a\displaystyle x=a, x=b\displaystyle x=b로 둘러싸인 도형의 넓이는 S=∫ab∣f(x)∣dx\displaystyle S=\int_a^b|f(x)|dx이다.

● 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.Caution. 치환적분 공식을 적용하려면 함수 f\displaystyle f가 g([a,b])\displaystyle g([a,b]) 전체에서 연속이어야 한다. g(x)\displaystyle g(x)가 두 끝값 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta 사이를 벗어날 수도 있으므로, 두 끝값 사이에서의 연속성만으로는 충분하지 않다.∫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)dt

● 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=a\displaystyle x=a에서 극값을 가지면 f′(a)=0\displaystyle f^{\prime}(a)=0이다.

● tan⁡(α+β)=tan⁡α+tan⁡β1−tan⁡αtan⁡β\displaystyle \tan(\alpha+\beta)=\frac{\tan\alpha+\tan\beta}{1-\tan\alpha\tan\beta} (단, tan⁡αtan⁡β≠1\displaystyle \tan\alpha\tan\beta\ne1)

[문제 3-1] x≥0\displaystyle x\ge0에서 정의된 곡선 y=xx2+1({ln⁡(x2+1)}2−6ln⁡(x2+1)+5)\displaystyle y=\frac x{x^2+1}\left(\{\ln(x^2+1)\}^2-6\ln(x^2+1)+5\right)와 x\displaystyle x축으로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하시오. [10점]

해설강의 준비중

[문제 3-1]

+3점 · 교점 x=0,e−1,e5−1\displaystyle x=0,\sqrt{e-1},\sqrt{e^5-1}을 구한다.

f(x)=xx2+1(ln⁡(x2+1)−1)(ln⁡(x2+1)−5)\displaystyle f(x)=\frac x{x^2+1}(\ln(x^2+1)-1)(\ln(x^2+1)-5)라 하자. x=0,e−1,e5−1\displaystyle x=0,\sqrt{e-1},\sqrt{e^5-1}에서 f(x)=0\displaystyle f(x)=0이다.

+3점 · 그래프의 개형을 이해하고 ∫0e−1f(x)dx−∫e−1e5−1f(x)dx\displaystyle \int_0^{\sqrt{e-1}}f(x)dx-\int_{\sqrt{e-1}}^{\sqrt{e^5-1}}f(x)dx를 구하면

0≤x≤e−1\displaystyle 0\le x\le\sqrt{e-1}에서 f(x)≥0\displaystyle f(x)\ge0이고 e−1≤x≤e5−1\displaystyle \sqrt{e-1}\le x\le\sqrt{e^5-1}에서 f(x)≤0\displaystyle f(x)\le0이므로 구하는 넓이는 ∫0e−1f(x)dx−∫e−1e5−1f(x)dx\displaystyle \int_0^{\sqrt{e-1}}f(x)dx-\int_{\sqrt{e-1}}^{\sqrt{e^5-1}}f(x)dx이다.

+4점 · 치환 적분을 하여 132\displaystyle \frac{13}2을 구하면

t=ln⁡(x2+1)\displaystyle t=\ln(x^2+1)로 치환하여 적분하면12∫01(t2−6t+5)dt−12∫15(t2−6t+5)dt=76+163=132\displaystyle \frac12\int_0^1(t^2-6t+5)dt-\frac12\int_1^5(t^2-6t+5)dt=\frac76+\frac{16}3=\frac{13}2이다.

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

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 ±1점을 부여할 수 있습니다.

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