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숭실대 2022학년도 수시 자연계열 II 4번 · mathesis.kr/archive/ssu/2022su/jayeon2_4
+15점 · 주어진 함수의 성질을 파악하여 a,r를 구한다.
(1) 함수 f(x)의 정의에 의하여 x=2일 때f(2)=∫02cos2πtdt=∫01cos2πtdt−∫12cos2πtdt=[π2sin2πt]01−[π2sin2πt]12=π4그러므로 함수 f(x)가 x=2에서 연속이기 위해서는 x→2+limf(x)=π4가 성립해야 한다.또한 함수 f(x)는 x=2에서 미분가능하므로f′(2)=x→2−limx−2f(x)−f(2)=x→2+limx−2f(x)−f(2)실수 전체에서 정의된 함수 g를 g(x)=∫0xcos2πtdt라고 하면, g(x)는 x=2에서 미분가능하고g′(2)=x→2−limx−2g(x)−g(2)=x→2−limx−2f(x)−f(2)정적분과 미분의 관계에 의하여 g′(2)=cos22π=1이므로f′(2)=x→2−limx−2f(x)−f(2)=x→2+limx−2f(x)−f(2)=1따라서, 2<x≤r+a일 때y=r2−(x−a)2,(x−a)2+y2=r2,y≥0으로 표현되는 함수의 그래프는 점 (2,π4)를 지나고 점 (2,π4)에서 접선의 기울기가 1인 원의 일부이다. 점 (2,π4)와 원의 중심 (a,0) 사이의 거리는 r이고, 이 두 점을 지나는 직선의 기울기가 −1이므로a=2+π4,r=(a−2)2+π216=π42이다.
+15점 · 함수를 구간별로 올바르게 나타내고, 정적분을 구한다.
(2) 함수 f(x)는 구간 [0,2]에서 다음과 같다.f(x)=∫0xcos2πtdt=[π2sin2πt]0x=π2sin2πx(0≤x<1)f(x)=∫01cos2πtdt−∫1xcos2πtdt=[π2sin2πt]01−[π2sin2πt]1x=π4−π2sin2πx(1≤x≤2)정적분 ∫0a+rf(x)dx를 구간을 나누어 나타내면∫0a+rf(x)dx=∫01f(x)dx+∫12f(x)dx+∫2a+rf(x)dx각각의 정적분의 값을 구하면∫01f(x)dx=∫01π2sin2πxdx=[−π24cos2πx]01=π24∫12f(x)dx=∫12(π4−π2sin2πx)dx=[π4x+π24cos2πx]12=π4−π24이고, 정적분 ∫2a+rf(x)dx는 밑변과 높이가 2r인 직각삼각형의 넓이와, 반지름의 길이가 r이고 중심각의 크기가 43π인 부채꼴의 넓이의 합을 나타낸다. 즉∫2a+rf(x)dx=41r2+21r243π=π24(2+3π)이다. 따라서∫0a+rf(x)dx=π4+π24(2+3π)=π24(2+4π)이다.