수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중

[2-1 풀이]

lnn(n+4)×(n+8)×(n+12)××(n+4n)n\displaystyle \ln \frac{{n}}{\sqrt[n]{( n + 4 ) \times ( n + 8 ) \times ( n + 12 ) \times \cdots \times ( n + 4 n )}}

=144ln(n+4)×(n+8)×(n+12)××(n+4n)nn\displaystyle = - \frac{{1}}{4} 4 \ln \frac{{\sqrt[n]{( n + 4 ) \times ( n + 8 ) \times ( n + 12 ) \times \cdots \times ( n + 4 n )}}}{n}

=14×4n{ln(1+4n)+ln(1+8n)+ln(1+12n)++ln(1+4nn)}\displaystyle = - \frac{1}{4} \times {\frac{{4}}{n} \left\{ \ln \left( 1 + \frac{{4}}{n} \right) + \ln \left( 1 + \frac{{8}}{n} \right) + \ln \left( 1 + \frac{{12}}{n} \right) + \cdots + \ln \left( 1 + \frac{{4 n}}{n} \right) \right\}}

=14×4nk=1nln(1+4kn)\displaystyle = - \frac{1}{4} \times {\frac{{4}}{n} \sum_{k = 1}^{n} \ln \left( 1 + \frac{{4 k}}{n} \right)}

따라서

limnln{n(n+4)×(n+8)×(n+12)××(n+4n)n}\displaystyle \lim_{n \to \infty} {\ln \left\{ \frac{{n}}{\sqrt[n]{( n + 4 ) \times ( n + 8 ) \times ( n + 12 ) \times \cdots \times ( n + 4 n )}} \right\}}

=14limn4nk=1nln(1+4kn)\displaystyle = - \frac{1}{4} \lim_{n \to \infty} {\frac{{4}}{n} \sum_{k = 1}^{n} \ln \left( 1 + \frac{{4 k}}{n} \right)}

=1404ln(1+x)dx\displaystyle = - \frac{1}{4} \int_{0}^{4} {\ln ( 1 + x ) d x}

=1415lntdt=14[tlnt]15+14151dt=45ln54\displaystyle = - \frac{{1}}{4} \int_{1}^{5} {\ln t} d t= - \frac{1}{4} \Biggl[ t \ln t \Biggr]_{1}^{5} + \frac{1}{4} \int_{1}^{5} 1 d t= \frac{{4 - 5 \ln 5}}{4}

[2-2 풀이]

f(x)=12(13+x13x)=x(3+x)(3x)\displaystyle f^{\prime} ( x ) = \frac{{1}}{2} \left( \frac{{1}}{3 + x} - \frac{{1}}{3 - x} \right) = - \frac{{x}}{( 3 + x ) ( 3 - x )}이므로

함수 f(x)가 x=0에서 극대인 증감표

f(2)>0,f(2)>0\displaystyle f ( - 2 ) > 0 , f ( 2 ) > 0 이고 f(x)=f(x)\displaystyle f ( - x ) = f ( x )이므로 y\displaystyle y축에 대칭인 그래프이다. 그러므로 구하고자 하는 넓이는

S=202f(x)dx=202ln(3+x)(3x)dx\displaystyle S= 2 \int_{0}^{2} {f ( x )} d x= 2 \int_{0}^{2} {\ln \sqrt{( 3 + x ) ( 3 - x )}} d x=02{ln(3+x)+ln(3x)}dx=02ln(3+x)dx+02ln(3x)dx\displaystyle = \int_{0}^{2} {\left\{ \ln ( 3 + x ) + \ln ( 3 - x ) \right\} d x}= \int_{0}^{2} {\ln ( 3 + x )} d x + \int_{0}^{2} {\ln ( 3 - x )} d x=35lntdt31lnsds=35lntdt+13lnsds\displaystyle = \int_{3}^{5} {\ln t} d t - \int_{3}^{1} {\ln s} d s= \int_{3}^{5} {\ln t} d t + \int_{1}^{3} {\ln s} d s=15lntdt\displaystyle = \int_{1}^{5} {\ln t} d t

따라서 문제 1의 결과를 이용하면 S=15lntdt=5ln54\displaystyle S = \int_{1}^{5} {\ln t} d t= 5 \ln 5 - 4

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