미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

부분적분과 치환적분

문제

실수 전제의 집합에서 미분가능한 함수 f(x)f ( x )가 있다. 모든 실수 xx에 대하여 f(2x)=2f(x)f(x)f ( 2 x ) = 2 f ( x ) f' ( x )이고, f(a)=0,2a4af(x)xdx=k(a>0,0<k<1)\displaystyle f ( a ) = 0 , \int _{2 a} ^{4 a} {\frac{f ( x )}{x}} dx = k ( a > 0 , 0 < k < 1 ) 일 때, a2a{f(x)}2x2dx\displaystyle \int _{a} ^{2 a} {\frac{\left\{ f ( x ) \right\} ^{2}}{x ^{2}}} dx의 값을 kk로 나타낸 것은? [3점] k24\displaystyle \frac{k ^{2}}{4}k22\displaystyle \frac{k ^{2}}{2}k2k ^{2}kk2k2 k

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해설

조건에서 f(a)=0f ( a ) = 0이고 f(2x)=2f(x)f(x)f ( 2 x ) = 2 f ( x ) f' ( x )이므로 f(2a)=2f(a)f(a)=0f ( 2 a ) = 2 f ( a ) f' ( a ) = 0 또한 f(4a)=2f(2a)f(2a)=0f ( 4 a ) = 2 f ( 2 a ) f' ( 2 a ) = 0이다. a2a{f(x)}2x2dx\displaystyle \int _{a} ^{2 a} {\frac{\left\{ f ( x ) \right\} ^{2}}{x ^{2}}} dx =a2ax2{f(x)}2dx\displaystyle = \int _{a} ^{2 a} {x ^{-2}} {\left\{ f ( x ) \right\} ^{2} dx} =[x1{f(x)}2]a2aa2ax12f(x)f(x)dx\displaystyle = [ - x ^{- 1} \left\{ f ( x ) \right\} ^{2} ] _{a} ^{2 a} - \int _{a} ^{2 a} {- x ^{- 1} \bullet 2 f ( x ) f' ( x ) dx} (( \because부분적분법) =0+a2ax12f(x)f(x)dx\displaystyle = 0 + \int _{a} ^{2 a} {x ^{- 1} \bullet 2 f ( x ) f' ( x ) dx} =a2a2f(x)f(x)xdx=a2af(2x)xdx\displaystyle = \int _{a} ^{2 a} {\frac{2 f ( x ) f' ( x )}{x}} dx = \int _{a} ^{2 a} {\frac{f ( 2 x )}{x}} dx 여기서 2x=t2 x = t로 치환하면 2dx=dtdx=12dt\displaystyle 2 dx = dt \leftrightarrow dx = \frac{1}{2} dt {x=at=2ax=20t=4a\displaystyle \begin{cases} {x = a \rightarrow t = 2 a} \\ {x = 20 \rightarrow t = 4 a} \end{cases}로 변환되므로 =2a4a12f(t)12tdt=2a4af(t)tdt=k\displaystyle = \int _{2 a} ^{4 a} {\frac{1}{2} \frac{f ( t )}{\frac{1}{2} t}} dt = \int _{2 a} ^{4 a} {\frac{f ( t )}{t}} dt = k

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