수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2교시 3-1번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문항별로 풀이와 함께 답하시오.

● 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속인 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 미분가능한 함수 x=g(t)\displaystyle x=g(t)의 도함수 g′(t)\displaystyle g^{\prime}(t)가 a=g(α)\displaystyle a=g(\alpha), b=g(β)\displaystyle b=g(\beta)일 때 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta를 포함하는 구간에서 연속이면 다음 식이 성립한다.Caution. 치환적분 공식을 적용하려면 함수 f\displaystyle f가 g([α,β])\displaystyle g([\alpha,\beta]) 전체에서 연속이어야 한다. g(t)\displaystyle g(t)가 두 끝값 a\displaystyle a, b\displaystyle b 사이를 벗어날 수도 있으므로, 두 끝값 사이에서의 연속성만으로는 충분하지 않다.∫abf(x)dx=∫αβf(g(t))g′(t)dt\displaystyle \int_a^b f(x)dx=\int_\alpha^\beta f(g(t))g^{\prime}(t)dt

● 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)에서 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 극대이고 극댓값은 f(a)\displaystyle f(a)이다.

[문제 3-1] 두 곡선 y=3e2x−6e2x+3ex+2\displaystyle y=\frac{3e^{2x}-6}{e^{2x}+3e^x+2}과 y=ex−32\displaystyle y=e^x-\frac32으로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하시오. [10점]

해설강의 준비중

[문제 3-1]

+3점 · 0,ln⁡2\displaystyle 0,\ln2 구하면

3e2x−6e2x+3ex+2=ex−32\displaystyle \frac{3e^{2x}-6}{e^{2x}+3e^x+2}=e^x-\frac32를 풀면 (ex−1)(ex−2)(2ex+3)=0\displaystyle (e^x-1)(e^x-2)(2e^x+3)=0이다. 두 곡선이 만나는 x\displaystyle x좌표는 0,ln⁡2\displaystyle 0,\ln2이다.

3e2x−6e2x+3ex+2=3−9ex+12(ex+1)(ex+2)=3−3(ex+1)−6(ex+2)\displaystyle \frac{3e^{2x}-6}{e^{2x}+3e^x+2}=3-\frac{9e^x+12}{(e^x+1)(e^x+2)}=3-\frac3{(e^x+1)}-\frac6{(e^x+2)}이므로 구하는 넓이는 아래와 같다.

+2점 · 넓이를 구하는 정적분을 잘 쓰면

∫0ln⁡2(3(e2x−2)e2x+3ex+2−ex+32)dx=∫0ln⁡2(3−3(ex+1)−6(ex+2)−ex+32)dx\displaystyle \int_0^{\ln2}\left(\frac{3(e^{2x}-2)}{e^{2x}+3e^x+2}-e^x+\frac32\right)dx=\int_0^{\ln2}\left(3-\frac3{(e^x+1)}-\frac6{(e^x+2)}-e^x+\frac32\right)dx

+5점 · 적분 계산하여 32ln⁡2−1\displaystyle \frac32\ln2-1 구하면

=∫0ln⁡2(3−3e−x(1+e−x)−6e−x(1+2e−x)−ex+32)dx=3ln⁡2+[3ln⁡(1+e−x)]0ln⁡2+[3ln⁡(1+2e−x)]0ln⁡2+32ln⁡2−1=32ln⁡2−1\displaystyle \begin{aligned}&=\int_0^{\ln2}\left(3-\frac{3e^{-x}}{(1+e^{-x})}-\frac{6e^{-x}}{(1+2e^{-x})}-e^x+\frac32\right)dx\\&=3\ln2+\Biggl[3\ln(1+e^{-x})\Biggr]_0^{\ln2}+\Biggl[3\ln(1+2e^{-x})\Biggr]_0^{\ln2}+\frac32\ln2-1\\&=\frac32\ln2-1\end{aligned}

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

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 ±1점을 부여할 수 있습니다.

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