미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

적분 조건 함수 계산

문제

미분가능한 함수 f(x)f ( x )가 다음 조건을 만족시킨다. (가) 모든 실수 xx에 대하여 f(x)=ex+01f(x+t)dt\displaystyle f ( x ) = e ^{x} + \int _{0} ^{1} {f ( x + t ) dt}이다. (나) f(0)=1,f(1)=2e+3f ( 0 ) = 1 , f ( 1 ) = 2 e + 3

12xf(x)dx01xf(x)dx\displaystyle \int _{1} ^{2} {xf ( x ) dx - \int _{0} ^{1} {xf ( x ) dx}}의 값은? [4점] 3e+13 e + 13e+33 e + 33e+53 e + 54e+34 e + 34e+54 e + 5

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해설

[출제의도] 이해능력-적분법 01f(x+t)dt\displaystyle \int _{0} ^{1} {f ( x + t ) dt}에서 x+t=sx + t = s로 놓으면 dtds=1\displaystyle \frac{dt}{ds} = 1이고 t=0t = 0일 때, s=xs = x, t=1t = 1일 때 s=x+1s = x + 1이므로 01f(x+t)dt=xx+1f(s)ds\displaystyle \int _{0} ^{1} {f ( x + t ) dt} = \int _{x} ^{x + 1} {f ( s )} ds f(x)=ex+01f(x+t)dt=ex+xx+1f(s)ds\displaystyle f ( x ) = e ^{x} + \int _{0} ^{1} {f ( x + t ) dt = e ^{x} + \int _{x} ^{x + 1} {f ( s )} ds} 에서 양변을 xx에 대하여 미분하면 f(x)=ex+f(x+1)f(x)f' ( x ) = e ^{x} + f ( x + 1 ) - f ( x ) 즉, f(x+1)=f(x)+f(x)exf ( x + 1 ) = f ( x ) + f' ( x ) - e ^{x} \cdots \text{㉠} 따라서 12xf(x)dx01xf(x)dx\displaystyle \int _{1} ^{2} {xf ( x ) dx} - \int _{0} ^{1} {xf ( x )} dx =01(x+1)f(x+1)dx01xf(x)dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) f ( x + 1 ) dx - \int _{0} ^{1} {xf ( x ) dx}} =01(x+1){f(x)+f(x)ex}dx01xf(x)dx()\displaystyle = \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) \left\{ f ( x ) + f' ( x ) - e ^{x} \right\} dx} - \int _{0} ^{1} {xf ( x ) dx ( \because \text{㉠} )} =01(x+1)f(x)dx+01(x+1)f(x)dx01(x+1)exdx\displaystyle = \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) f ( x ) dx + \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) f' ( x ) dx} - \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) e ^{x} dx}} 01xf(x)dx\displaystyle - \int _{0} ^{1} {xf ( x ) dx} =01xf(x)dx+01f(x)dx+01(x+1)f(x)dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} {xf ( x ) dx} + \int _{0} ^{1} {f ( x )} dx + \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) f' ( x ) dx} 01(x+1)exdx01xf(x)dx\displaystyle - \int _{0} ^{1} {( x + 1 ) e ^{x}} dx - \int _{0} ^{1} {xf ( x ) dx} =01f(x)dx+[(x+1)f(x)]0101f(x)dx[xex]01\displaystyle = \int _{0} ^{1} {f ( x )} dx + \left[ ( x + 1 ) f ( x ) \right] _{0} ^{1} - \int _{0} ^{1} {f ( x ) dx} - \left[ xe ^{x} \right] _{0} ^{1} =2f(1)f(0)e= 2 f ( 1 ) - f ( 0 ) - e =2(2e+3)1e=3e+5= 2 ( 2 e + 3 ) - 1 - e = 3 e + 5

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