수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

[가] 아래와 같이 두 연속함수 f,g\displaystyle f, g의 그래프로 둘러싸인 영역의 넓이 S\displaystyle S는 정적분 ∫ab(f(x)−g(x))dx\displaystyle \int _{a} ^{b} {(f(x)-g(x)) dx }를 계산하여 구할 수 있다.

두 연속함수 f와 g의 그래프로 둘러싸인 영역 S

[나] 두 실수 a<b\displaystyle a<b에 대하여 함수 g\displaystyle g가 닫힌 구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속이라고 가정하자. 또한 미분 가능한 함수 F\displaystyle F의 도함수 f\displaystyle f가 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속이라고 가정하면 다음이 성립한다.1) ddx∫axg(t) dt=g(x),a≤x≤b.\displaystyle \frac d{dx}\int_a^x g(t)\,dt=g(x),\quad a\le x\le b.2) ∫abf(x)dx=F(b)−F(a).\displaystyle \int _{a} ^{b} {f(x)} dx =F(b)-F(a).

[다] 열린 구간 (a,b)\displaystyle (a,b)에서 정의된 미분 가능한 함수 f\displaystyle f의 도함수를 f′\displaystyle f^{\prime}로 놓자. (a,b)\displaystyle (a,b)의 모든 x\displaystyle x에 대하여 f′(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0이면 함수 f\displaystyle f는 증가한다. 반대로 (a,b)\displaystyle (a,b)의 모든 x\displaystyle x에 대하여 f′(x)<0\displaystyle f ^{\prime} (x)<0이면 함수 f\displaystyle f는 감소한다.

[문제1] s(x)=∫0x3t(22t−19⋅2t+48)dt\displaystyle s(x)= \int _{0} ^{x} {3 ^{t} (2 ^{2t} -19 \cdot 2 ^{t} +48)} dt일 때, 구간 0≤x≤4\displaystyle 0\le x\le4에서 s(x)\displaystyle s(x)의 값이 최대가 되는 x\displaystyle x의 값을 구하는 과정을 풀이와 함께 제시하시오.

해설강의 준비중

제시문 [나]의 1)을 이용하면 s′(x)=3x(22x−19⋅2x+48)=3x(2x−3)(2x−16)\displaystyle s ^{\prime} (x)=3 ^{x} (2 ^{2x} -19 \cdot 2 ^{x} +48)=3 ^{x} (2 ^{x} -3)(2 ^{x} -16)이다.제시문 [다]를 활용하여 s(x)\displaystyle s(x)가 증가하는 구간과 감소하는 구간을 알아보자.3<2x<16\displaystyle 3<2 ^{x} <16인 구간에서만 s′(x)<0\displaystyle s^{\prime}(x)<0인 사실을 알 수 있다. 즉, 0<x<log⁡23\displaystyle 0<x<\log _{2} 3일 때 s′(x)>0\displaystyle s ^{\prime} (x)>0이므로 이 s(x)\displaystyle s(x)는 증가한다. 또한 log⁡23<x<4\displaystyle \log _{2} 3<x<4 에서 s′(x)<0\displaystyle s ^{\prime} (x)<0이므로 s(t)\displaystyle s(t)는 감소한다. 따라서 x=log⁡23=log⁡3log⁡2\displaystyle x=\log _{2} 3= \frac{\log 3}{\log 2}일 때 s(x)\displaystyle s(x)가 최댓값을 갖는다.(값) x=log⁡23=log⁡3log⁡2\displaystyle x=\log _{2} 3= \frac{\log 3}{\log 2}

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