수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3-1번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

• 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

• 좌표평면 위의 두 점 A(x1,y1)\displaystyle \mathrm{A}(x_1,y_1), B(x2,y2)\displaystyle \mathrm{B}(x_2,y_2) 사이의 거리는 다음과 같다.AB‾=(x1−x2)2+(y1−y2)2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2}

• 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.

[문제 3-1] 일반항이 an=∫1e(xln⁡x−x)nln⁡x dx\displaystyle a_n=\int_1^e(x\ln x-x)^n\ln x\,dx인 수열 {an}\displaystyle \{a_n\}에 대하여 ∑k=12024akak+1\displaystyle \sum_{k=1}^{2024}a_ka_{k+1}을 구하시오. [10점]

해설강의 준비중

[문제 3-1]

+2점 · 치환하여 계산을 시도하면 +4점 · 치환적분을 계산하여 an=(−1)nn+1\displaystyle a_n=\frac{(-1)^n}{n+1}를 얻으면

y=xln⁡x−x\displaystyle y=x\ln x-x로 치환하고 (xln⁡x−x)′=ln⁡x\displaystyle (x\ln x-x)^{\prime}=\ln x를 고려하여 치환적분하면 아래와 같다.∫1e(xln⁡x−x)nln⁡x dx=∫−10yn dy=(−1)nn+1\displaystyle \int_1^e(x\ln x-x)^n\ln x\,dx=\int_{-1}^0 y^n\,dy=\frac{(-1)^n}{n+1}

+4점 · akak+1=−(1k+1−1k+2)\displaystyle a_ka_{k+1}=-\left(\frac1{k+1}-\frac1{k+2}\right)을 구하고 합 −5061013\displaystyle -\frac{506}{1013}을 구하면

따라서 akak+1=−1(k+1)(k+2)\displaystyle a_ka_{k+1}=\frac{-1}{(k+1)(k+2)}이고, 구하는 값은 아래와 같다.∑k=12024akak+1=−∑k=12024(1k+1−1k+2)=−5061013\displaystyle \sum_{k=1}^{2024}a_ka_{k+1}=-\sum_{k=1}^{2024}\left(\frac1{k+1}-\frac1{k+2}\right)=-\frac{506}{1013}

[문제 3-1]

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

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

[문제 3-2]

※ 계산 실수로 틀렸어도 논리 전개 과정이 맞으면 해당 부분에 1~2점의 부분 점수를 부여함.

※ 각 부분에서 바르게 답안을 작성한 경우에도 답안의 완성도에 따라 총점 15점 이내에서 ±1점 추가 점수 부여 가능함.

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