수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

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해설강의 준비중
+30점 · 정의역을 구하면

t0\displaystyle t\ne0이면 e3t2et+et=et(e4t2e2t+1)=et(e2t1)2>0\displaystyle e^{3t}-2e^{t}+e^{-t}=e^{-t}\left(e^{4t}-2e^{2t}+1\right)=e^{-t}\left(e^{2t}-1\right)^{2}>0이다. 따라서 함수 f(t)=etln(e3t2et+et)\displaystyle f(t)=e^{t}\ln\left(e^{3t}-2e^{t}+e^{-t}\right)의 정의역은 (,0)(0,)\displaystyle (-\infty,0)\cup(0,\infty)이다.

+20점 · 치환적분을 적용하여 ln2ln3f(t)dt=23ln(x32x+x1)dx\displaystyle \int_{\ln2}^{\ln3}f(t)\,dt=\int_{2}^{3}\ln\left(x^{3}-2x+x^{-1}\right)dx를 유도하면

x=et\displaystyle x=e^{t}으로 치환하면ln2ln3f(t)dt=ln2ln3etln(e3t2et+et)dt=23ln(x32x+x1)dx\displaystyle \int_{\ln2}^{\ln3}f(t)\,dt=\int_{\ln2}^{\ln3}e^{t}\ln\left(e^{3t}-2e^{t}+e^{-t}\right)dt=\int_{2}^{3}\ln\left(x^{3}-2x+x^{-1}\right)dx이다.

+30점 · 로그함수의 성질을 이용해서 주어진 식을 정리하면

lnxy=lnx+lny\displaystyle \ln xy=\ln x+\ln y을 이용하면23ln(x32x+x1)dx=23ln{x1(x42x2+1)}dx=23{ln(x1)+ln(x42x2+1)}dx\displaystyle \begin{aligned} \int_{2}^{3}\ln\left(x^{3}-2x+x^{-1}\right)dx &=\int_{2}^{3}\ln\left\{x^{-1}\left(x^{4}-2x^{2}+1\right)\right\}dx \\ &=\int_{2}^{3}\left\{\ln\left(x^{-1}\right)+\ln\left(x^{4}-2x^{2}+1\right)\right\}dx \end{aligned}이다. lnxa=alnx\displaystyle \ln x^{a}=a\ln x과 부분적분을 이용하면23ln(x1)dx=23lnxdx=[xlnx]23+231dx=3ln3+2ln2+1\displaystyle \int_{2}^{3}\ln\left(x^{-1}\right)dx=-\int_{2}^{3}\ln x\,dx=-\Biggl[x\ln x\Biggr]_{2}^{3}+\int_{2}^{3}1\,dx=-3\ln3+2\ln2+123ln(x42x2+1)dx=23ln{(x1)2(x+1)2}dx=223ln(x1)dx+223ln(x+1)dx\displaystyle \begin{aligned} \int_{2}^{3}\ln\left(x^{4}-2x^{2}+1\right)dx &=\int_{2}^{3}\ln\left\{(x-1)^{2}(x+1)^{2}\right\}dx \\ &=2\int_{2}^{3}\ln(x-1)\,dx+2\int_{2}^{3}\ln(x+1)\,dx \end{aligned}을 얻는다.

+25점 · 부분적분을 이용해서 주어진 정적분의 값을 계산하면

부분적분을 이용하면23ln(x1)dx=[(x1)ln(x1)]23231dx=2ln21ln11=2ln21\displaystyle \int_{2}^{3}\ln(x-1)\,dx=\Biggl[(x-1)\ln(x-1)\Biggr]_{2}^{3}-\int_{2}^{3}1\,dx=2\ln2-1\ln1-1=2\ln2-123ln(x+1)dx=[(x+1)ln(x+1)]23231dx=4ln43ln31=8ln23ln31\displaystyle \int_{2}^{3}\ln(x+1)\,dx=\Biggl[(x+1)\ln(x+1)\Biggr]_{2}^{3}-\int_{2}^{3}1\,dx=4\ln4-3\ln3-1=8\ln2-3\ln3-1이다. 정리하면23ln(x32x+x1)dx=23{ln(x1)+ln(x42x2+1)}dx=3ln3+2ln2+1+2(2ln21)+2(8ln23ln31)=22ln29ln33\displaystyle \begin{aligned} \int_{2}^{3}\ln\left(x^{3}-2x+x^{-1}\right)dx &=\int_{2}^{3}\left\{\ln\left(x^{-1}\right)+\ln\left(x^{4}-2x^{2}+1\right)\right\}dx \\ &=-3\ln3+2\ln2+1+2(2\ln2-1)+2(8\ln2-3\ln3-1) \\ &=22\ln2-9\ln3-3 \end{aligned}를 얻는다.

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