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

절댓값 적분 함수

문제

실수 전체의 집합에서 연속인 함수 f(x)f \left( x \right)가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) 1x1- 1 \leq x \leq 1 에서 f(x)f \left( x \right)<0< 0이다. (나) 10f(x)sinxdx\displaystyle \int _{- 1} ^{0} {} \left| f \left( x \right) \sin x \right| dx=2= 2, 01f(x)sinxdx\displaystyle \int _{0} ^{1} {} \left| f \left( x \right) \sin x \right| dx=3= 3

함수 g(x)g \left( x \right)=1xf(t)sintdt\displaystyle = \int _{- 1} ^{x} {} \left| f \left( t \right) \sin t \right| dt에 대하여 11f(x)g(x)sinxdx\displaystyle \int _{- 1} ^{1} {} f \left( - x \right) g \left( - x \right) \sin x dx=qp\displaystyle = \frac{q}{p}이다. p+qp + q의 값을 구하시오. (단, ppqq는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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해설

1x0- 1 \leq x \leq 0일 때, f(x)sinx\left| f ( x ) \sin x \right|=f(x)sinx= f ( x ) \sin x 0x10 \leq x \leq 1일 때. f(x)sinx=\left| f ( x ) \sin x \right| =f(x)sinx- f ( x ) \sin x \therefore 10f(x)sinxdx=2\displaystyle \int _{- 1} ^{0} {\left| f ( x ) \sin x \right| dx = 2}, 01f(x)sinxdx=3\displaystyle \int _{0} ^{1} {\left| f ( x ) \sin x \right| dx = 3} g(x)g ( x )x=0x = 0을 대입하면 g(0)=10f(x)sinxdx=2\displaystyle g ( 0 ) = \int _{- 1} ^{0} {\left| f ( x ) \sin x \right|} dx = 2 \therefore g(0)=2g ( 0 ) = 2 g(x)g ( x )x=1x = 1을 대입하면 g(1)g ( 1 )=11f(t)sintdt\displaystyle = \int _{- 1} ^{1} {\left| f ( t ) \sin t \right| dt} =10f(x)sinxdx+01f(x)sinxdx\displaystyle = \int _{- 1} ^{0} {\left| f ( x ) \sin x \right|} dx + \int _{0} ^{1} {\left| f ( x ) \sin x \right|} dx=2+3= 2 + 3 \therefore g(1)=2+3=5g ( 1 ) = 2 + 3 = 5 g(x)g ( x )x=1x = - 1을 대입하면 g(1)=11f(x)sinxdx=0\displaystyle g ( - 1 ) = \int _{- 1} ^{- 1} {\left| f ( x ) \sin x \right|} dx = 0 \therefore g(1)=0g ( - 1 ) = 0 이때 g(x)=f(x)sinxg' ( x ) = \left| f ( x ) \sin x \right|1x0- 1 \leq x \leq 0일 때, f(x)sinx\left| f ( x ) \sin x \right|=f(x)sinx= f ( x ) \sin x 0x10 \leq x \leq 1일 때. f(x)sinx=\left| f ( x ) \sin x \right| =f(x)sinx- f ( x ) \sin x이므로 11f(x)g(x)sinxdx\displaystyle \int _{- 1} ^{1} {f ( - x ) g ( - x ) \sin xdx}에서 x=t- x = t로 치환하면 dx=dtdx = - dt, 1t1- 1 \leq t \leq 1 \therefore 11f(x)g(x)sinxdx\displaystyle \int _{- 1} ^{1} {f ( - x ) g ( - x ) \sin x dx} =11f(t)g(t)sin(t)(1)dt\displaystyle = \int _{1} ^{- 1} {f ( t ) g ( t ) \sin ( - t ) ( - 1 ) dt} =11f(t)g(t)sintdt\displaystyle = - \int _{- 1} ^{1} {f ( t ) g ( t ) \sin t dt} =10g(t)g(t)dt+01g(t)g(t)dt\displaystyle = - \int _{- 1} ^{0} {g' ( t ) g ( t )} dt + \int _{0} ^{1} {g' ( t ) g ( t )} dt =[12{g(t)}2]10+[12{g(t)}2]01\displaystyle = - \left[ \frac{1}{2} \left\{ g ( t ) \right\} ^{2} \right] _{- 1} ^{0} + \left[ \frac{1}{2} \left\{ g ( t ) \right\} ^{2} \right] _{0} ^{1} =12[{g(1)}2{g(0)}2]12[{g(0)}2{g(1)}2]\displaystyle = \frac{1}{2} \left[ \left\{ g ( 1 ) \right\} ^{2} - \left\{ g ( 0 ) \right\} ^{2} \right] - \frac{1}{2} \left[ \left\{ g ( 0 ) \right\} ^{2} - \left\{ g ( - 1 ) \right\} ^{2} \right] =12(5222)12(2202)\displaystyle = \frac{1}{2} ( 5 ^{2} - 2 ^{2} ) - \frac{1}{2} ( 2 ^{2} - 0 ^{2} ) =172\displaystyle = \frac{17}{2}

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