수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

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해설강의 준비중
5점 · 3-1

3-1. [풀이]x=πt\displaystyle x=\pi-t로 놓으면 dx=dt\displaystyle dx=-dt이므로0πxf(sinx)dx=π0(πt)f(sin(πt))(dt)=0π(πt)f(sint)dt=0ππf(sint)dt0πtf(sint)dt\displaystyle \begin{aligned}\int_0^\pi xf(\sin x)dx&=\int_\pi^0(\pi-t)f(\sin(\pi-t))(-dt)\\&=\int_0^\pi(\pi-t)f(\sin t)dt\\&=\int_0^\pi\pi f(\sin t)dt-\int_0^\pi tf(\sin t)dt\end{aligned}

10점 · 3-1

따라서 20πxf(sinx)dx=π0πf(sinx)dx\displaystyle 2\int_0^\pi xf(\sin x)dx=\pi\int_0^\pi f(\sin x)dx이므로0πxf(sinx)dx=π20πf(sinx)dx\displaystyle \int_0^\pi xf(\sin x)dx=\frac\pi2\int_0^\pi f(\sin x)dx

10점 · 3-2

3-2. [풀이]dxdy=g(y)\displaystyle \frac{dx}{dy}=g^{\prime}(y)이므로,abf(x)dx=f(a)f(b)yg(y)dy=[yg(y)]f(a)f(b)f(a)f(b)g(y)dy=bf(b)af(a)f(a)f(b)g(y)dy\displaystyle \begin{aligned}\int_a^b f(x)dx&=\int_{f(a)}^{f(b)}yg^{\prime}(y)dy\\&=\Biggl[yg(y)\Biggr]_{f(a)}^{f(b)}-\int_{f(a)}^{f(b)}g(y)dy\\&=bf(b)-af(a)-\int_{f(a)}^{f(b)}g(y)dy\end{aligned}

5점 · 3-3

3-3. [풀이]y=ln(1+x)\displaystyle y=\ln(1+\sqrt{x})라 할 때, 1+x=ey\displaystyle 1+\sqrt{x}=e^y, x=(ey1)2\displaystyle x=(e^y-1)^2이므로, f(x)=ln(1+x)\displaystyle f(x)=\ln(1+\sqrt{x})의 역함수는g(x)=(ex1)2\displaystyle g(x)=(e^x-1)^2이다.

10점 · 3-3

한편, F(t)=0tln(1+x)dxat\displaystyle F(t)=\int_0^t\ln(1+\sqrt{x})dx-at이므로 F(t)=ln(1+t)a\displaystyle F^{\prime}(t)=\ln(1+\sqrt{t})-a이고, F(t)>0\displaystyle F^{\prime\prime}(t)>0이다.따라서 t=(ea1)2\displaystyle t=(e^a-1)^2일 때, 극소이면서 최소이다.

15점 · 3-3

이때 t\displaystyle t값은 g(a)\displaystyle g(a)와 같으므로, 제시문 <다>를 이용하면,F(g(a))=0g(a)ln(1+x)dxag(a)=0ag(y)dy=0a(ey1)2dy=[e2y22ey+y]0a=e2a2+2eaa32\displaystyle \begin{aligned}F(g(a))&=\int_0^{g(a)}\ln(1+\sqrt{x})dx-ag(a)=-\int_0^a g(y)dy\\&=-\int_0^a(e^y-1)^2dy\\&=-\Biggl[\frac{e^{2y}}2-2e^y+y\Biggr]_0^a\\&=-\frac{e^{2a}}2+2e^a-a-\frac32\end{aligned}따라서 F(t)\displaystyle F(t)의 최솟값은 e2a2+2eaa32\displaystyle -\frac{e^{2a}}2+2e^a-a-\frac32이다.

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