수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 II 1번

문제

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해설강의 준비중
+7.5점 · 합성함수의 조건으로부터 미분계수를 구하고, 접선의 방정식을 찾는다.

(1) 합성함수의 미분법에 의하여 {f(g(x))}=f(g(x))g(x)=2x\displaystyle \{f(g(x))\}^{\prime}=f^{\prime}(g(x))g^{\prime}(x)=2x이므로f(g(e))g(e)=2e\displaystyle f^{\prime}(g(\sqrt e))g^{\prime}(\sqrt e)=2\sqrt eg(e)=e\displaystyle g(\sqrt e)=e이고 f(x)=1+lnx\displaystyle f^{\prime}(x)=1+\ln x이므로g(e)=2ef(e)=2e1+lne=e\displaystyle g^{\prime}(\sqrt e)=\frac{2\sqrt e}{f^{\prime}(e)}=\frac{2\sqrt e}{1+\ln e}=\sqrt e따라서 곡선 y=g(x)\displaystyle y=g(x) 위의 점 (e,e)\displaystyle (\sqrt e,e)에서의 접선의 방정식은y=e(xe)+e=ex\displaystyle y=\sqrt e(x-\sqrt e)+e=\sqrt e x이다.

+17.5점 · 함수 g\displaystyle g의 정적분을 함수 f\displaystyle f와의 합성의 조건, 부분적분법과 치환적분법을 적용하여 구한다.

(2) g(x)=t\displaystyle g(x)=t로 놓으면 dtdx=g(x)\displaystyle \frac{dt}{dx}=g^{\prime}(x)이다. g(0)=α\displaystyle g(0)=\alpha로 놓으면 f(α)=αlnα=0\displaystyle f(\alpha)=\alpha\ln\alpha=0이고 α1\displaystyle \alpha\ge1이므로 g(0)=1\displaystyle g(0)=1이다. 또한 g(e)=e\displaystyle g(\sqrt e)=e이고 2x=f(g(x))g(x)\displaystyle 2x=f^{\prime}(g(x))g^{\prime}(x)이므로 치환적분법에 의하여0e2x{g(x)}2dx=0ef(g(x))g(x){g(x)}2dx=0e{g(x)}2f(g(x))×g(x)dx=1et2f(t)dt=1e(t2lnt+t2)dt=1et2lntdt+1et2dt\displaystyle \begin{aligned}\int_0^{\sqrt e}2x\{g(x)\}^2\,dx&=\int_0^{\sqrt e}f^{\prime}(g(x))g^{\prime}(x)\{g(x)\}^2\,dx\\&=\int_0^{\sqrt e}\{g(x)\}^2f^{\prime}(g(x))\times g^{\prime}(x)\,dx\\&=\int_1^e t^2f^{\prime}(t)\,dt=\int_1^e(t^2\ln t+t^2)\,dt\\&=\int_1^e t^2\ln t\,dt+\int_1^e t^2\,dt\end{aligned}부분적분법을 이용하면1et2lntdt=[13t3lnt]1e1e13t31tdt=13e3[19t3]1e=13e319(e31)=29e3+19\displaystyle \begin{aligned}\int_1^e t^2\ln t\,dt&=\Biggl[\frac13t^3\ln t\Biggr]_1^e-\int_1^e\frac13t^3\frac1t\,dt\\&=\frac13e^3-\Biggl[\frac19t^3\Biggr]_1^e=\frac13e^3-\frac19(e^3-1)\\&=\frac29e^3+\frac19\end{aligned}또한1et2dt=[13t3]1e=13e313\displaystyle \int_1^e t^2\,dt=\Biggl[\frac13t^3\Biggr]_1^e=\frac13e^3-\frac13이므로 구하는 정적분의 값은0e2x{g(x)}2dx=59e329\displaystyle \int_0^{\sqrt e}2x\{g(x)\}^2\,dx=\frac59e^3-\frac29이다.

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