수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

일반형 4-1번

문제

[문제 4] 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.∫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• 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=a\displaystyle x=a에서 미분가능할 때, 곡선 y=f(x)\displaystyle y=f(x) 위의 점 P(a,f(a))\displaystyle \mathrm{P}(a,f(a))에서의 접선의 방정식은 다음과 같다.y−f(a)=f′(a)(x−a)\displaystyle y-f(a)=f^{\prime}(a)(x-a)• 두 함수 f(x)\displaystyle f(x), g(x)\displaystyle g(x)가 미분가능하고, 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}^{b} f(x)g^{\prime}(x)dx=\Biggl[f(x)g(x)\Biggr]_{a}^{b}-\int_{a}^{b} f^{\prime}(x)g(x)dx• n\displaystyle n이 실수일 때, y=xn\displaystyle y=x^{n}이면 y′=nxn−1\displaystyle y^{\prime}=nx^{n-1}이다.

[문제 4-1] (15점) 좌표평면에서 점 (t,0)\displaystyle (t,0)을 지나고 곡선 y=ex2\displaystyle y=e^{x^{2}}과 접하는 직선이 두 개 있다. 두 접선의 기울기를 각각 m1(t)\displaystyle m_{1}(t), m2(t)\displaystyle m_{2}(t)라 할 때, 다음 정적분의 값을 구하시오.∫02t3m1(t)m2(t) dt\displaystyle \int_{0}^{2} t^{3}m_{1}(t)m_{2}(t)\,dt

해설강의 준비중

[문제 4-1] 예시 답안

+5점 · 2x2−2tx−1=0\displaystyle 2x^{2}-2tx-1=0을 구하면

y=ex2\displaystyle y=e^{x^{2}}을 미분하면 y′=2xex2\displaystyle y^{\prime}=2xe^{x^{2}}이다. 접점 (x,ex2)\displaystyle \left(x,e^{x^{2}}\right)과 (t,0)\displaystyle (t,0)의 기울기를 고려하면 ex2x−t=2xex2\displaystyle \frac{e^{x^{2}}}{x-t}=2xe^{x^{2}}이고 식을 정리하면 2x2−2tx−1=0\displaystyle 2x^{2}-2tx-1=0이다.

+5점 · m1(t)m2(t)=4αβeα2eβ2=−2et2+1\displaystyle m_{1}(t)m_{2}(t)=4\alpha\beta e^{\alpha^{2}}e^{\beta^{2}}=-2e^{t^{2}+1}을 구하면

x\displaystyle x의 두 근을 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta라 하면 α+β=t\displaystyle \alpha+\beta=t, αβ=−12\displaystyle \alpha\beta=-\frac{1}{2}이다. 접선의 기울기의 곱은 다음과 같다.m1(t)m2(t)=4αβeα2eβ2=−2et2+1\displaystyle m_{1}(t)m_{2}(t)=4\alpha\beta e^{\alpha^{2}}e^{\beta^{2}}=-2e^{t^{2}+1}

+5점 · −(3e5+e)\displaystyle -(3e^{5}+e)를 구하면

구하는 정적분은 −2e∫02t3et2dt\displaystyle -2e\int_{0}^{2} t^{3}e^{t^{2}}dt이고 t2=s\displaystyle t^{2}=s로 치환하고 부분적분하면 다음을 얻는다.−2e∫02t3et2dt=−e∫04sesds=−(3e5+e)\displaystyle -2e\int_{0}^{2} t^{3}e^{t^{2}}dt=-e\int_{0}^{4} se^{s}ds=-(3e^{5}+e)

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 1\displaystyle 1~2\displaystyle 2점의 부분 점수를 부여함.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 −0.5\displaystyle -0.5~+0.5\displaystyle +0.5점 부여 가능함.

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