미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

대칭성 이용 정적분

문제

함수 f(x)=ecosx1+ecosx\displaystyle f ( x ) = \frac{e ^{\cos x}}{1 + e ^{\cos x}}에 대하여 a=f(πx)+f(x)a = f \left( \pi - x \right) + f \left( x \right), b=0πf(x)dx\displaystyle b = \int _{0} ^{\pi} {f ( x ) dx} 일 때, a+100πb\displaystyle a + \frac{100}{\pi} b의 값을 구하시오. [4점]

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해설

[출제의도] 치환적분법을 이해하고 정적분 문제를 해결한다. f(x)=ecosx1+ecosx\displaystyle f ( x ) = \frac{e ^{\cos x}}{1 + e ^{\cos x}}에서 f(πx)f ( \pi - x )=ecos(πx)1+ecos(πx)\displaystyle = \frac{e ^{\cos ( \pi - x )}}{1 + e ^{\cos ( \pi - x )}}=ecosx1+ecosx\displaystyle = \frac{e ^{- \cos x}}{1 + e ^{- \cos x}}=ecosx×ecosx(1+ecosx)×ecosx\displaystyle = \frac{e ^{- \cos x} \times e ^{\cos x}}{\left( 1 + e ^{- \cos x} \right) \times e ^{\cos x}} =1ecosx+1\displaystyle = \frac{1}{e ^{\cos x} + 1} 그러므로 a=f(πx)+f(x)a = f ( \pi - x ) + f ( x ) =1ecosx+1+ecosx1+ecosx\displaystyle = \frac{1}{e ^{\cos x} + 1} + \frac{e ^{\cos x}}{1 + e ^{\cos x}} =1+ecosx1+ecosx=1\displaystyle = \frac{1 + e ^{\cos x}}{1 + e ^{\cos x}} = 1 b=0πf(x)dx\displaystyle b = \int _{0} ^{\pi} {} f ( x ) dx =0π{1f(πx)}dx\displaystyle = \int _{0} ^{\pi} {} \left\{ 1 - f ( \pi - x ) \right\} dx =0π1dx0πf(πx)dx\displaystyle = \int _{0} ^{\pi} {1 dx - \int _{0} ^{\pi} {f ( \pi - x ) dx}} πx=t\pi - x = t로 놓으면 x=πtx = \pi - t이므로 dxdt=1\displaystyle \frac{dx}{dt} = - 1 x=0x = 0일 때, t=πt = {\pi}이고 x=πx = \pi일 때, t=0t = 0이므로 b=π+π0f(t)dt\displaystyle b = \pi + \int _{\pi} ^{0} {f ( t ) dt} =π0πf(t)dt\displaystyle = \pi - \int _{0} ^{\pi} {f ( t ) dt}=πb= \pi - b b=πbb = \pi - b이므로 b=π2\displaystyle b = \frac{\pi}{2} 따라서 a+100πb=1+100π×π2\displaystyle a + \frac{100}{\pi} b = 1 + \frac{100}{\pi} \times \frac{\pi}{2} =1+50=51= 1 + 50 = 51 [다른풀이] b=0π2f(x)dx+π2πf(x)dx\displaystyle b = \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} {} f ( x ) dx + \int _{\frac{\pi}{2}} ^{\pi} {} f ( x ) dx =0π2f(x)dx+0π2f(πx)dx\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} {} f ( x ) dx + \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} {} f ( \pi - x ) dx =0π2{f(x)+f(πx)}dx\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} {\left\{ f ( x ) + f ( \pi - x ) \right\} dx} =0π21dx\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} {1 dx}=[x]0π2\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} x \end{array} \right] _{0} ^{\frac{\pi}{2}}=π20\displaystyle = \frac{\pi}{2} - 0=π2\displaystyle = \frac{\pi}{2}

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