미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

적분 방정식

문제

구간 (0,)( 0 , \infty )에서 미분가능한 함수 f(x)f ( x )가 다음 조건을 만족시킨다. (가) 1xf(t2)dt=2xf(x)+4\displaystyle \int _{1} ^{x} {} f ( t ^{2} ) dt = 2 xf ( x ) + 4 (나) 1ef(t)tdt=1+1e23e4\displaystyle \int _{1} ^{e} {} \frac{f ( t )}{t} dt = 1 + \frac{1}{e ^{2}} - \frac{3}{e ^{4}}

함수 g(x)=0lnx2f(et)dt\displaystyle g ( x ) = \int _{0} ^{\ln x ^{2}} {} f ( e ^{t} ) dt에 대하여 1eg(x)dx=k1e+k2e+k3e3+k4\displaystyle \int _{1} ^{e} {} g ( x ) dx = k _{1} e + \frac{k _{2}}{e} + \frac{k _{3}}{e ^{3}} + k _{4} 일 때, k1+k2+k3+k4\left| k _{1} \right| + \left| k _{2} \right| + \left| k _{3} \right| + \left| k _{4} \right|의 값을 구하시오. (단, k1k _{1}, k2k _{2}, k3k _{3}, k4k _{4}는 유리수이다.) [4점]

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36

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해설

[출제의도] 부분적분법을 이용하여 문제해결하기 g(x)=0lnx2f(et)dt=1x2f(s)sds\displaystyle g ( x ) = \int _{0} ^{\ln x ^{2}} {} f ( e ^{t} ) dt = \int _{1} ^{x ^{2}} {} \frac{f ( s )}{s} ds g(x)=2f(x2)x\displaystyle g' ( x ) = \frac{2 f ( x ^{2} )}{x} 1eg(x)dx=[xg(x)]1e1exg(x)dx\displaystyle \int _{1} ^{e} {} g ( x ) dx = \left[ x g ( x ) \right] _{1} ^{e} - \int _{1} ^{e} {} x g' ( x ) dx =e×g(e)g(1)1e2f(x2)dx\displaystyle = e \times g ( e ) - g ( 1 ) - \int _{1} ^{e} {} 2 f ( x ^{2} ) dx =e1e2f(x)xdx2{2e×f(e)+4}\displaystyle = e \int _{1} ^{e ^{2}} {} \frac{f ( x )}{x} dx - 2 \left\{ 2 e \times f ( e ) + 4 \right\} =2e1ef(t2)tdt4e×f(e)8\displaystyle = 2 e \int _{1} ^{e} {} \frac{f ( t ^{2} )}{t} dt - 4 e \times f ( e ) - 8 조건 (가)의 양변을 xx에 대하여 미분하면 f(x2)=2f(x)+2xf(x)f ( x ^{2} ) = 2 f ( x ) + 2 x f' ( x )이므로 1eg(x)dx\displaystyle \int _{1} ^{e} {} g ( x ) dx=2e1ef(t2)tdt4e×f(e)8\displaystyle = 2 e \int _{1} ^{e} {} \frac{f ( t ^{2} )}{t} dt - 4 e \times f ( e ) - 8 =2e1e2f(t)+2tf(t)tdt4e×f(e)8\displaystyle = 2 e \int _{1} ^{e} {} \frac{2 f ( t ) + 2 t f' ( t )}{t} dt - 4 e \times f ( e ) - 8 =4e1ef(t)tdt+4e1ef(t)dt4e×f(e)8\displaystyle = 4 e \int _{1} ^{e} {} \frac{f ( t )}{t} dt + 4 e \int _{1} ^{e} {} f' ( t ) dt - 4 e \times f ( e ) - 8 =4e(1+1e23e4)+4e[f(t)]1e4e×f(e)8\displaystyle = 4 e \left( 1 + \frac{1}{e ^{2}} - \frac{3}{e ^{4}} \right) + 4 e \left[ f ( t ) \right] _{1} ^{e} - 4 e \times f ( e ) - 8 =4e+4e12e3+4e×f(e)4e×f(1)4e×f(e)8\displaystyle = 4 e + \frac{4}{e} - \frac{12}{e ^{3}} + 4 e \times f ( e ) - 4 e \times f ( 1 ) - 4 e \times f ( e ) - 8 =12e+4e12e38\displaystyle = 12 e + \frac{4}{e} - \frac{12}{e ^{3}} - 8 k1=12,k2=4,k3=12,k4=8k _{1} = 12 , k _{2} = 4 , k _{3} = - 12 , k _{4} = - 8 k1+k2+k3+k4=36\therefore \left| k _{1} \right| + \left| k _{2} \right| + \left| k _{3} \right| + \left| k _{4} \right| = 36

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