미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출기본 문제 (3점 중반)

단면이 정사각형인 입체

문제

그림과 같이 곡선 y=3x+1x2\displaystyle y = \sqrt{\frac{3 x + 1}{x ^{2}}}(x>0)\left( x > 0 \right)xx축 및 두 직선 x=1x = 1, x=2x = 2로 둘러싸인 부분을 밑면으로 하고 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면이 모두 정사각형인 입체도형의 부피는? [3점]

3ln23 \ln 212+3ln2\displaystyle \frac{1}{2} + 3 \ln 21+3ln21 + 3 \ln 212+4ln2\displaystyle \frac{1}{2} + 4 \ln 21+4ln21 + 4 \ln 2

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해설

[출제의도] 정적분을 이용하여 입체도형의 부피를 구할 수 있는가? xx좌표가 t(1t2)t \left( 1 \leq t \leq 2 \right)인 점을 지나고 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면은 한변의 길이가 3t+1t2\displaystyle \sqrt{\frac{3 t + 1}{t ^{2}}}인 정사각형이므로 단면의 넓이를 S(t)S \left( t \right)라 하면 S(t)=3t+1t2\displaystyle S \left( t \right) = \frac{3 t + 1}{t ^{2}} 따라서 구하는 입체도형의 부피를 VV라 하면 VV=12S(t)dt\displaystyle = \int _{1} ^{2} {S \left( t \right)} dt=123t+1t2dt\displaystyle = \int _{1} ^{2} {\frac{3 t + 1}{t ^{2}} dt}=12(3t+1t2)dt\displaystyle = \int _{1} ^{2} {\left( \frac{3}{t} + \frac{1}{t ^{2}} \right) dt} =[3lnt1t]12\displaystyle = \left[ 3 \ln \left| t \right| - \frac{1}{t} \right] _{1} ^{2} =(3ln212)(3ln111)\displaystyle = \left( 3 \ln 2 - \frac{1}{2} \right) - \left( 3 \ln 1 - \frac{1}{1} \right) =12+3ln2\displaystyle = \frac{1}{2} + 3 \ln 2

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