수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중
+5점 · 점 (t,0)\displaystyle ( t , 0 )과 곡선위의 점 (x,y)\displaystyle ( x , y )사이의 거리를 구할 수 있다.

[2-1]포물선 y2=4px\displaystyle y^2=4px 위의 한 점을 A(x,y)\displaystyle (x,y)라 하고, x\displaystyle x축 위의 한 점을 B(t,0)\displaystyle (t,0)이라 하면AB={x(t2p)}2+4p(tp)\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{\{x-(t-2p)\}^2+4p(t-p)}이다.

+10점 · 구간을 분류하여 구간에 따른 최솟값을 구하고 함수로 나타낼 수 있다. t2p\displaystyle t \ge 2 p일 때, f(t)=2p(tp)\displaystyle f ( t ) = 2 \sqrt{p ( t - p )}, t<2p\displaystyle t < 2 p일 때, f(t)=t\displaystyle f ( t ) = \left| t \right|를 구할 수 있다.

t2p0\displaystyle t-2p\ge0인 경우, f(t)=2p(tp)\displaystyle f(t)=2\sqrt{p(t-p)}이다.t2p<0\displaystyle t - 2 p < 0인 경우, f(t)=t2=t\displaystyle f ( t ) = \sqrt{t^{2}} = | t |이다.그러므로 함수 f(t)\displaystyle f(t)f(t)={2p(tp)(t2p)t(0t<2p)t(t<0)\displaystyle f(t)=\begin{cases}2\sqrt{p(t-p)}&(t\ge2p)\\t&(0\le t<2p)\\-t&(t<0)\end{cases}이다.

+10점 · 제시문 (가), (나)를 이용하여 t=0\displaystyle t = 0, t=2p\displaystyle t = 2 p과 이 두 점 이외의 모든 실수에서 함수 f(t)\displaystyle f ( t )의 미분가능성을 설명할 수 있다.

함수 f(t)\displaystyle f ( t )는 정의된 각 구간에서 미분가능하므로 t=0\displaystyle t = 0t=2p\displaystyle t = 2 p에서 미분가능성을 확인하면 된다.제시문 (가), (나)에 의하여( i ) limt0f(t)f(0)t0=limt0t0t0=1,limt0+f(t)f(0)t0=limt0+t0t0=1\displaystyle \lim_{t \to 0 -} \frac{{f ( t ) - f ( 0 )}}{t - 0} = \lim_{t \to 0 -} \frac{{- t - 0}}{t - 0} = - 1 , \lim_{t \to 0 +} \frac{{f ( t ) - f ( 0 )}}{t - 0} = \lim_{t \to 0 +} \frac{{t - 0}}{t - 0} = 1따라서 t=0\displaystyle t = 0에서 미분가능하지 않다.(ii) limt2pf(t)f(2p)t2p=limt2pt2pt2p=1\displaystyle \lim_{t\to2p-}\frac{f(t)-f(2p)}{t-2p}=\lim_{t\to2p-}\frac{t-2p}{t-2p}=1limt2p+f(t)f(2p)t2p=limt2p+2p(tp)2pt2p=limt2p+2pp(tp)+p=1\displaystyle \lim_{t\to2p+}\frac{f(t)-f(2p)}{t-2p}=\lim_{t\to2p+}\frac{2\sqrt{p(t-p)}-2p}{t-2p}=\lim_{t\to2p+}\frac{2p}{\sqrt{p(t-p)}+p}=1따라서 t=2p\displaystyle t = 2 p에서 미분가능하다.그러므로 함수 f(t)\displaystyle f ( t )t=0\displaystyle t = 0을 제외한 모든 실수에서 미분가능하다.

+4점 · 함수 G(p)\displaystyle G ( p )를 이용하여 G(1)\displaystyle G ( 1 )의 식을 구할 수 있다.

[2-2]G(p)=05ptf(t)dt=02ptf(t)dt+2p5ptf(t)dt=02pt2dt+2p5pt×2p(tp)dt\displaystyle G ( p ) = \int_{0}^{5 p} t f ( t ) d t = \int_{0}^{2 p} t f ( t ) d t + \int_{2 p}^{5 p} t f ( t ) d t = \int_{0}^{2 p} t^{2} d t + \int_{2 p}^{5 p} t \times 2 \sqrt{p ( t - p )} d t따라서G(1)=02t2dt+25t×2t1dt\displaystyle G ( 1 ) = \int_{0}^{2} t^{2} d t + \int_{2}^{5} t \times 2 \sqrt{t - 1} d t

+6점 · 정적분 02t2dt\displaystyle \int^{2}_{0} t^{2} d t, 25(t×2t1)dt\displaystyle \int^{5}_{2} ( t \times 2 \sqrt{t - 1} ) d tG(1)\displaystyle G ( 1 )의 값을 계산할 수 있다.

(i ) 02t2dt=[13t3]02=83\displaystyle \int_{0}^{2} t^{2} d t = \Biggl[ \frac{{1}}{3} t^{3} \Biggr]_{0}^{2} = \frac{{8}}{3}(ii) t1=s\displaystyle t - 1 = s라 두면25t×2t1dt=214(s+1)sds=214(ss+s)ds=2[25s52+23s32]14=2{25(251)+23(231)}=2(625+143)=1245+283\displaystyle \begin{aligned}\int_{2}^{5} t \times 2 \sqrt{t - 1} d t & = 2 \int_{1}^{4} ( s + 1 ) \sqrt{s} d s = 2 \int_{1}^{4} ( s \sqrt{s} + \sqrt{s} ) d s = 2 \Biggl[ \frac{{2}}{5} s^{\frac{{5}}{2}} + \frac{{2}}{3} s^{\frac{{3}}{2}} \Biggr]_{1}^{4} \\ & = 2 \left\{ \frac{{2}}{5} \left( 2^{5} - 1 \right) + \frac{{2}}{3} \left( 2^{3} - 1 \right) \right\} = 2 \left( \frac{{62}}{5} + \frac{{14}}{3} \right) = \frac{{124}}{5} + \frac{{28}}{3}\end{aligned}그러므로 G(1)=83+283+1245=1845\displaystyle G ( 1 ) = \frac{{8}}{3} + \frac{{28}}{3} + \frac{{124}}{5} = \frac{{184}}{5}이다.

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