미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

적분함수 최댓값 합

문제

자연수 nn에 대하여 양의 실수 전체의 집합에서 정의된 함수 f(x)=1xnlnttdt\displaystyle f \left( x \right) = \int _{1} ^{x} {\frac{n - \ln t}{t} dt} 의 최댓값을 g(n)g \left( n \right)이라 하자. n=112g(n)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{12} g \left( n \right)의 값을 구하시오. [4점]

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325

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해설

[출제의도] 여러 가지 적분법을 활용하여 문제해결하기 f(x)=1xnlnttdt\displaystyle f \left( x \right) = \int _{1} ^{x} {\frac{n - \ln t}{t} dt}의 양변을 xx에 대하여 미분하면 f(x)=nlnxx\displaystyle f' \left( x \right) = \frac{n - \ln x}{x} f(x)=0f' \left( x \right) = 0에서 x=enx = e ^{n} 함수 f(x)f \left( x \right)의 증가와 감소를 표로 나타내면

xx(0)\left( 0 \right)\cdotsene ^{n}\cdots
f(x)f' \left( x \right)++00-
f(x)f \left( x \right)\nearrow극대\searrow

함수 f(x)f ( x )x=enx = e ^{n}에서 최댓값을 가지므로 g(n)=f(en)=1ennlnttdt\displaystyle g \left( n \right) = f \left( e ^{n} \right) = \int _{1} ^{e ^{n}} {\frac{n - \ln t}{t}} dt nlnt=sn - \ln t = s라 하면 dsdt=1t\displaystyle \frac{ds}{dt} = \mathit{-} \frac{1}{t}이고, t=1t = 1일 때 s=ns = n, t=ent = e ^{n}일 때 s=0s = 0이므로 g(n)g \left( n \right)=n0(s)ds\displaystyle = \int _{n} ^{0} {( - s ) ds}=[12s2]n0\displaystyle = \left[ - \frac{1}{2} s ^{2} \right] _{n} ^{0}=12n2\displaystyle = \frac{\mathit{1}}{2} n ^{2} 따라서 n=112g(n)=n=112n22=325\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{12} g \left( n \right) = \mathit{\sum\limits} _{n = 1} ^{12} \frac{n ^{2}}{2} = \mathit{325}

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