미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

둘러싸인 넓이 차

문제

[13 ~ 14] 자연수 nn에 대하여 곡선 y=2nx\displaystyle y = \frac{2 n}{x}과 직선 y=xn+3\displaystyle y = - \frac{x}{n} + 3의 두 교점을 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}, Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}이라 할 때, 13번과 14번의 두 물음에 답하시오.

곡선 y=2nx\displaystyle y = \frac{2 n}{x}과 직선 y=xn+3\displaystyle y = - \frac{x}{n} + 3으로 둘러싸인 부분의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, Sn+1SnS _{n+1} - S _{n}의 값은? [4점] 322ln2\displaystyle \frac{3}{2} - 2 \ln 21ln21 - \ln 232ln2\displaystyle \frac{3}{2} - \ln 21+ln21 + \ln 232+2ln2\displaystyle \frac{3}{2} + 2 \ln 2

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해설

[출제의도] 정적분을 이해하고 곡선과 직선으로 둘러싸인 부분의 넓이를 구한다. 곡선 y=2nx\displaystyle y = \frac{2 n}{x}과 직선 y=xn+3\displaystyle y = - \frac{x}{n} + 3의 교점이 An(n,2){\mathrm{A}} _{n} ( n , 2 ), Bn(2n,1)\mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}} ( 2 n , 1 ) 이고, nx2nn \leq x \leq 2 n에서 2nxxn+3\displaystyle \frac{2 n}{x} \leq - \frac{x}{n} + 3이므로 SnS _{n}=n2n{(xn+3)2nx}dx\displaystyle = \int _{n} ^{2n} \left\{ \left( - \frac{x}{n} + 3 \right) - \frac{2 n}{x} \right\} dx =[12nx2+3x2nlnx]n2n\displaystyle = \left[ - \frac{1}{2 n} x ^{2} + 3 x - 2 n \ln \left| x \right| \right] _{n} ^{2 n} =(2n+6n2nln2n)(12n+3n2nlnn)\displaystyle = \left( - 2 n + 6 n - 2 n \ln 2 n \right) - \left( - \frac{1}{2} n + 3 n - 2 n \ln n \right) =n(322ln2)\displaystyle = n \left( \frac{3}{2} - 2 \ln 2 \right)Sn+1Sn=322ln2\displaystyle S _{n + 1} - S _{n} = \frac{3}{2} - 2 \ln 2

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