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서강대 2024학년도 수시 자연계열 (1차) 2번 · mathesis.kr/archive/sogang/2024su/jayeon1_2
· 【2-1】 다양한 미분법과 적분과 미분의 관계를 이용하여 좌표평면 위에서 움직이는 점의 속도를 구하고 이를 이용하여 움직인 거리를 정적분으로 나타낼 수 있다.
치환적분법을 이용하여 정적분의 값을 구할 수 있다.
【2-1】 dtdx=e3t+(t+1)et, dtdy=(2t−t2)e2t+2t이므로 점 P가 움직인 거리는∫21ln2(dtdx)2+(dtdy)2dt=∫21ln2(e3t+tet+et)2+(2t−t2)e2t+2tdt근호 안의 식을 정리하면{e3t+(t+1)et}2+(2t−t2)e2t+2t=t(2e4t+4e2t+2)+e6t+2e4t+e2t=2t(e4t+2e2t+1)+e2t(e4t+2e2t+1)=(2t+e2t)(e2t+1)2이므로 점 P가 움직인 거리는 ∫21ln2(e2t+1)e2t+2tdt이다.e2t+2t=u로 놓으면 dtdu=2(e2t+1)이고, t=21일 때 u=e+1, t=ln2일 때 u=4+2ln2이므로 점 P가 움직인 거리는∫21ln2(e2t+1)e2t+2tdt=21∫e+14+2ln2udu=3(4+2ln2)23−(e+1)23
· 【2-2】 제시문 [나]에 주어진 도함수의 부호와 함수의 증가·감소의 관계를 이용하여 부등식이 성립함을 보일 수 있다.
제시문 [다]에 주어진 그래프 개형을 그리는 방법을 바탕으로, 도함수와 이계도함수를 이용하여 그래프의 개형을 그릴 수 있다.
【2-2】 g(x)=2ex−x2이라고 하면, g′(x)=2(ex−x)>0이므로 제시문 [나]에 의해 g(x)는 증가한다. g(0)=2>0이므로 x≥0에서 g(x)>0이 되어 부등식 2ex>x2이 성립한다. 따라서 x>0일 때, 0<xe−x<x2이고 x→∞limx2=0이므로 x→∞limxe−x=0이다.함수 f(x)=xe−x의 정의역은 실수 전체의 집합이고, f(0)=0이므로 원점을 지난다. f′(x)=(1−x)e−x이고 f′′(x)=(x−2)e−x이므로, 함수 f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.
함수 f(x)는 x=1에서 극댓값 e−1을 갖고, 곡선 y=f(x)의 변곡점의 좌표는 (2,2e−2)이다. 또 x→−∞limf(x)=−∞이고 x→∞limf(x)=0이다. 따라서 함수 f(x)의 그래프의 개형은 다음 그림과 같다.
· 【2-3】 제시문 [라]를 이용하여 지수함수 y=e−x 위의 한 점에서의 접선의 방정식을 구한 후, 직사각형 R1의 넓이를 구할 수 있다.
두 직사각형 R0와 R1의 넓이의 합이 최대가 되는 양수 c의 값을 도함수를 이용하여 구할 수 있다.
【2-3】 직사각형 R0의 넓이는 (t−c)e−t이다. 그리고, 제시문 [라]에 의하여, 곡선 y=e−x 위의 점 (t,e−t)에서의 접선의 방정식은 y=−e−t(x−t)+e−t이다. 따라서 이 접선의 x절편은 t1=t+1이 되어, 직사각형 R1의 넓이는 e−t−1이다. 직사각형 R0와 R1의 넓이의 합을 S(t)라고 하면S(t)=(t−c)e−t+e−t−1=(t−c+e−1)e−t(t>c)이 되어 S′(t)=(1−t+c−e−1)e−t이므로, 함수 S(t)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.tS′(t)S(t)c⋯+↗1+c−e−10e−1−c+e−1⋯−↘따라서 함수 S(t)는 t=c+1−e−1에서 최댓값 e−1−c+e−1을 갖는다.최댓값이 e1이므로 c=e1이다.
· 【2-4】 자연수 k에 대하여 직사각형 Rk의 넓이를 구할 수 있다.
n+1개의 직사각형 R0, R1, ⋯, Rn의 넓이의 합을 구할 수 있다.
직사각형의 넓이의 합이 최대가 되는 t=an을 도함수를 이용하여 구할 수 있다.
등비급수를 이용하여 an의 극한값을 구할 수 있다.
【2-4】 직사각형 R0의 넓이는 (t−e−1)e−t이다. k=1,2,3,⋯,n일 때, 곡선 y=e−x 위의 점 (t+k−1,e−t−k+1)에서의 접선의 방정식은 y=−e−t−k+1(x−t−k+1)+e−t−k+1이다. 따라서 이 접선의 x절편은 tk=t+k이 되어, 직사각형 Rk의 넓이는 e−t−k이다. 직사각형 R0, R1, R2, ⋯, Rn의 넓이의 합을 A(t)라고 하면A(t)=(t−e−1)e−t+e−tk=1∑ne−k(t>e−1)Sn=k=1∑ne−k이라고 하면, A(t)=(t−e−1+Sn)e−t이 되어A′(t)=(1−t+e−1−Sn)e−t그러므로 함수 A(t)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.tA′(t)A(t)e−1⋯+↗1+e−1−Sn0⋯−↘따라서 함수 A(t)는 t=an=1+e−1−Sn에서 최댓값을 갖는다.n→∞limSn=n=1∑∞e−n은 첫째항이 e−1, 공비가 e−1인 등비급수이므로 n→∞limSn=1−e−1e−1=e−11이다. 따라서n→∞liman=1+e1−e−11
고등학교 교육과정에서 필수적으로 다루어지는 미적분의 기본적인 내용을 바탕으로 급수, 함수의 도함수와 정적분을 제대로 이해하고 이를 다양한 상황에 활용할 수 있는지 평가한다. 특히 평면 위를 움직이는 점의 움직인 거리, 함수의 증가와 감소, 극대와 극소, 함수의 그래프와 부등식, 접선의 방정식 및 등비급수를 활용할 수 있는지 평가한다. 구체적인 채점 기준은 다음과 같다.