미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출기본 문제 (3점 중반)

단면이 정사각형인 입체

문제

그림과 같이 곡선 y=ln(x+1)x(x>0)\displaystyle y = \frac{\sqrt{\ln \left( x + 1 \right)}}{x} \left( x > 0 \right)xx축 및 두 직선 x=1x = 1, x=3x = 3으로 둘러싸인 부분을 밑면으로 하는 입체도형이 있다. 이 입체도형을 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면이 모두 정사각형일 때, 이 입체도형의 부피는? [3점]

13ln98\displaystyle \frac{1}{3} \ln \frac{9}{8}13ln32\displaystyle \frac{1}{3} \ln \frac{3}{2}13ln92\displaystyle \frac{1}{3} \ln \frac{9}{2}13ln274\displaystyle \frac{1}{3} \ln \frac{27}{4}13ln272\displaystyle \frac{1}{3} \ln \frac{27}{2}

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해설

xx축과 곡선 y=ln(x+1)x\displaystyle y = \frac{\sqrt{\ln \left( x + 1 \right)}}{x}이 직선 x=tx = t (1<t<31 < t < 3)와 만나는 점을 각각 A\mathrm{A}, B\mathrm{B}라 하자. 점 (t,0)\left( t , 0 \right)을 지나고 xx축에 수직인 평면으로 입체를 자른 단면의 넓이를 S(t)S \left( t \right)라 하면 S(t)S \left( t \right)=AB2\displaystyle = \mathrm{\overline{AB}} ^{2}=ln(t+1)t2\displaystyle = \frac{\ln \left( t + 1 \right)}{t ^{2}} 구하는 입체도형의 부피를 VV라 하면 VV=13S(t)dt\displaystyle = \int _{1} ^{3} {} S \left( t \right) dt=13ln(t+1)t2dt\displaystyle = \int _{1} ^{3} {} \frac{\ln \left( t + 1 \right)}{t ^{2}} dt =[ln(t+1)t]1313{1t(t+1)}dt\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} - \frac{\ln \left( t + 1 \right)}{t} \end{array} \right] _{1} ^{3} - \int _{1} ^{3} {} \left\{ - \frac{1}{t \left( t + 1 \right)} \right\} dt =[ln(t+1)t]13+13(1t1t+1)dt\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} - \frac{\ln \left( t + 1 \right)}{t} \end{array} \right] _{1} ^{3} + \int _{1} ^{3} {} \left( \frac{1}{t} - \frac{1}{t + 1} \right) dt =[ln(t+1)t]13+[lntln(t+1)]13\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} - \frac{\ln \left( t + 1 \right)}{t} \end{array} \right] _{1} ^{3} + \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \ln t - \ln \left( t + 1 \right) \end{array} \right] _{1} ^{3} =(ln43+ln2)+(ln3ln4)(0ln2)\displaystyle = \left( - \frac{\ln 4}{3} + \ln 2 \right) + \left( \ln 3 - \ln 4 \right) - \left( 0 - \ln 2 \right) =ln323ln2\displaystyle = \ln 3 - \frac{2}{3} \ln 2 =13ln274\displaystyle = \frac{1}{3} \ln \frac{27}{4}

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