미적분Ⅱ정적분의 활용AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

두 자동차가 다시 만날 때까지 움직인 거리

문제

직선 도로 위의 한 지점에서 두 자동차 A,B\mathrm{A} , \mathrm{B}가 같은 방향으로 동시에 출발한다. 출발 후 tt초일 때 두 자동차의 속도는 각각 vA(t)=3etv _{\mathrm{A}} ( t ) = 3 e ^{- t}, vB(t)=4e2tv _{\mathrm{B}} ( t ) = 4 e ^{- 2 t} (m/초) 이다. 출발 후 두 자동차가 처음으로 다시 만날 때까지 자동차 A\mathrm{A}가 움직인 거리는? [4점] 32\displaystyle \frac{3}{2}2252\displaystyle \frac{5}{2}3372\displaystyle \frac{7}{2}

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해설

출발 후 TT초일 때 두 자동차가 다시 만난다고 하면 그때까지 두 자동차가 움직인 거리가 같으므로 0T3etdt=0T4e2tdt\displaystyle \int _{0} ^{T} 3 e ^{- t} dt = \int _{0} ^{T} 4 e ^{- 2 t} dt 3(1eT)=2(1e2T)3 ( 1 - e ^{- T} ) = 2 ( 1 - e ^{- 2 T} ) eT=ue ^{- T} = u (0<u<1)( 0 < u < 1 )로 놓으면 33u=22u23 - 3 u = 2 - 2 u ^{2}, 2u23u+1=02 u ^{2} - 3 u + 1 = 0, (2u1)(u1)=0( 2 u - 1 ) ( u - 1 ) = 0 0<u<10 < u < 1이므로 u=12\displaystyle u = \frac{1}{2}, 즉 eT=12\displaystyle e ^{- T} = \frac{1}{2} 따라서 자동차 A\mathrm{A}가 움직인 거리는 3(1eT)=3(112)=32\displaystyle 3 ( 1 - e ^{- T} ) = 3 \left( 1 - \frac{1}{2} \right) = \frac{3}{2} (m) ①

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