미적분Ⅰ부정적분과 정적분수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

구간별 함수의 미분가능조건과 리만합의 극한

문제

열린구간 (0,2)\left( 0 , 2 \right)에서 미분가능한 함수 f(x)f \left( x \right)f(x)={4x3(0x<1)ax2+bx(1x<2)\displaystyle f \left( x \right) = {\begin{cases} 4 x - 3 & \left( 0 \leq x < 1 \right) \\ ax ^{2} + bx & \left( 1 \leq x < 2 \right) \end{cases}} (단, a,ba , b는 상수) 일 때, limn1nk=1nf(2kn)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{1}{n} \sum\limits _{k = 1} ^{n} f \left( \frac{2 k}{n} \right)}의 값은? 32\displaystyle - \frac{3}{2}1132\displaystyle \frac{3}{2}73\displaystyle \frac{7}{3}66

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32\displaystyle \frac{3}{2}

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해설

g1(x)=4x3g _{1} ( x ) = 4 x - 3, g2(x)=ax2+bxg _{2} ( x ) = ax ^{2} + bx라 하면 f(x)f ( x )가 열린구간 (0,2)( 0 , 2 )에서 미분가능하므로 g1(1)=g2(1)g _{1} ( 1 ) = g _{2} ( 1 )이고 g1(1)=g2(1)g _{1}' ( 1 ) = g _{2}' ( 1 )이다. 따라서 a+b=1a + b = 1, 4=2a+b4 = 2 a + b에서 a=3a = 3, b=2b = - 2g2(x)=3x22xg _{2} ( x ) = 3 x ^{2} - 2 x limn1nk=1nf(2kn)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \frac{1}{n} \sum\limits _{k=1} ^{n} f \left( \frac{2 k}{n} \right)=12limn2nk=1nf(2kn)\displaystyle = \frac{1}{2} \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \frac{2}{n} \sum\limits _{k=1} ^{n} f \left( \frac{2 k}{n} \right) =1202f(x)dx\displaystyle = \frac{1}{2} \int _{0} ^{2} f ( x ) dx =12{01f(x)dx+12f(x)dx}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ \int _{0} ^{1} f ( x ) dx + \int _{1} ^{2} f ( x ) dx \right\} =12{01(4x3)dx+12(3x22x)dx}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ \int _{0} ^{1} ( 4 x - 3 ) dx + \int _{1} ^{2} ( 3 x ^{2} - 2 x ) dx \right\} =12{[2x23x]01+[x3x2]12}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ \left[ 2 x ^{2} - 3 x \right] _{0} ^{1} + \left[ x ^{3} - x ^{2} \right] _{1} ^{2} \right\} =32\displaystyle = \frac{3}{2}

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