수리논술, 이게 다다.

자연계열 1-2번

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문제

[문제 1] 다음 물음에 답하시오.

[1.2] 함수 y=xln⁡x\displaystyle y=x\ln x (단, x>0\displaystyle x>0)가 x=a\displaystyle x=a에서 최솟값이 될 때,∫atxln⁡x dx=34e2\displaystyle \int_a^tx\ln x\,dx=\frac3{4e^2}을 만족하는 실수 t\displaystyle t를 구하시오. (단, t>a\displaystyle t>a)

해설강의 준비중

[1.2] f(x)=xln⁡x\displaystyle f(x)=x\ln x라고 하면 f′(x)=ln⁡x+1\displaystyle f^{\prime}(x)=\ln x+1이므로, y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 증감표는 다음과 같다.

x\displaystyle x⋯\displaystyle \cdots1e\displaystyle \frac1e⋯\displaystyle \cdots
f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)−\displaystyle -0\displaystyle 0+\displaystyle +
f(x)\displaystyle f(x)감소극소(최소)증가

이로부터 f(x)\displaystyle f(x)는 1e\displaystyle \frac1e에서 최소가 됨을 알 수 있고, 따라서 a=1e\displaystyle a=\frac1e이다. 부분적분을 이용하면, t>a\displaystyle t>a이므로∫1/etxln⁡x dx=[12x2ln⁡x]x=1/ex=t−∫1/et12x dx=t22ln⁡t−t24+34e2\displaystyle \int_{1/e}^tx\ln x\,dx=\Biggl[\frac12x^2\ln x\Biggr]_{x=1/e}^{x=t}-\int_{1/e}^t\frac12x\,dx=\frac{t^2}2\ln t-\frac{t^2}4+\frac3{4e^2}을 얻는다. 가정으로부터 t>a\displaystyle t>a이고∫1/etxln⁡x dx=34e2\displaystyle \int_{1/e}^tx\ln x\,dx=\frac3{4e^2}이므로∫1/etxln⁡x dx−34e2=t22ln⁡t−t24=0\displaystyle \int_{1/e}^tx\ln x\,dx-\frac3{4e^2}=\frac{t^2}2\ln t-\frac{t^2}4=0을 얻는다. 그러므로ln⁡t=12\displaystyle \ln t=\frac12이고, 이로부터 t=e\displaystyle t=\sqrt e이다.

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