미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

최댓값 조건으로 정한 넓이

문제

양수 aa에 대하여 함수 f(x)=0x(at)etdt\displaystyle f ( x ) = \int _{0} ^{x} ( a - t ) e ^{t} dt의 최댓값이 3232이다. 곡선 y=3exy = 3 e ^{x}과 두 직선 x=ax = a, y=3y = 3으로 둘러싸인 부분의 넓이를 구하시오. [4점]

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96

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해설

f(x)=0x(at)etdt\displaystyle f ( x ) = \int _{0} ^{x} {( a - t ) e ^{t} dt}의 양변을 xx에 대하여 미분하면 f(x)=(ax)exf' ( x ) = ( a - x ) e ^{x} f(x)=0f' ( x ) = 0 에서 x=ax = a이므로 f(x)f ( x )x=ax = a에서 최댓값을 갖는다 f(a)=0a(at)etdt=[(at)et]0a0a(et)dt\displaystyle f ( a ) = \int _{0} ^{a} {( a - t ) e ^{t} dt = \left[ ( a - t ) e ^{t} \right] _{0} ^{a} - \int _{0} ^{a} {( - e ^{t} ) dt}} =a[et]0a=a(ea+1)= - a - \left[ - e ^{t} \right] _{0} ^{a} = - a - ( - e ^{a} + 1 ) eaa1=32e ^{a} - a - 1 = 32 ()\cdots \cdots ( \text{ㄱ} )

따라서, 구하는 넓이는 0a(3ex3)dx=[3ex3x]0a=3ea3a3\displaystyle \int _{0} ^{a} {( 3 e ^{x} - 3 ) dx = \left[ 3 e ^{x} - 3 x \right] _{0} ^{a} = 3 e ^{a} - 3 a - 3} =3(eaa1)=96(())= 3 ( e ^{a} - a - 1 ) = 96 ( \because ( \text{ㄱ} ) )

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