수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1]

매개변수 t\displaystyle t로 나타내어진 두 함수 x(t),y(t)\displaystyle x \left( t \right) , y \left( t \right)가 다음 관계식을 만족시킬 때 아래 물음에 답하여라.dxdt=−cos⁡xy,dydt=−2xcos⁡x−sin⁡x\displaystyle \frac{{d x}}{d t} = - \frac{{\cos x}}{y} , \frac{{d y}}{d t} = - 2 x \cos x - \sin x (단, −π2<x<π2,y>0\displaystyle - \frac{{\pi}}{2} < x < \frac{{\pi}}{2} , y > 0)

(a) d(ln⁡y)dx\displaystyle \frac{{d \left( \ln y \right)}}{d x}를 x\displaystyle x에 대한 식으로 나타내어라. (20점)

(b) x=0\displaystyle x = 0일 때 y=3\displaystyle y = 3이다. y\displaystyle y를 x\displaystyle x에 대한 식으로 나타내어라. (80점)

해설강의 준비중

(a)

d(ln⁡y)dx=1y⋅dydx=dydtydxdt=−2xcos⁡x−sin⁡x−cos⁡x=2x+tan⁡x\displaystyle \frac{{d \left( \ln y \right)}}{d x} = \frac{{1}}{y} \cdot \frac{{d y}}{d x} = \frac{{\frac{{d y}}{d t}}}{y \frac{{d x}}{d t}} = \frac{{- 2 x \cos x - \sin x}}{- \cos x} = 2 x + \tan x

(b)

d(ln⁡y)dx=2x+tan⁡x\displaystyle \frac{{d \left( \ln y \right)}}{d x} = 2 x + \tan x

좌변과 우변을 각각 x\displaystyle x에 대하여 적분하면∫d(ln⁡y)dx dx=2∫x dx+∫sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle \int\frac{d(\ln y)}{dx}\,dx=2\int x\,dx+\int\frac{\sin x}{\cos x}\,dx이므로ln⁡y=x2−ln⁡cos⁡x+C\displaystyle \ln y = x^{2} - \ln \cos x + C (C\displaystyle C는 적분상수)이다.

그런데 x=0\displaystyle x = 0일 때 y=3\displaystyle y = 3이므로 C=ln⁡3\displaystyle C = \ln 3 즉, ln⁡y=x2−ln⁡cos⁡x+ln⁡3\displaystyle \ln y = x^{2} - \ln \cos x + \ln 3이다.

따라서 y=3ex2cos⁡x\displaystyle y = \frac{{3 e^{x^{2}}}}{\cos x}이다.

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