미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출기본 문제 (3점 중반)

정적분과 급수

문제

함수 f(x)=ex2f \left( x \right) = e ^{x ^{2}}에 대하여 limnk=1nkn2f(kn)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{k}{n ^{2}} f \left( \frac{k}{n} \right)의 값은? [3점] 14e12\displaystyle \frac{1}{4} e - \frac{1}{2}14e14\displaystyle \frac{1}{4} e - \frac{1}{4}12e12\displaystyle \frac{1}{2} e - \frac{1}{2}12e14\displaystyle \frac{1}{2} e - \frac{1}{4}34e14\displaystyle \frac{3}{4} e - \frac{1}{4}

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해설

함수 f(x)=ex2f \left( x \right) = e ^{x ^{2}}의 양변을 xx에 대하여 미분하면 f(x)f' \left( x \right)=2xex2= 2 x e ^{x ^{2}}=2xf(x)= 2 x f \left( x \right) limnk=1nkn2f(kn)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{k}{n ^{2}} f \left( \frac{k}{n} \right)에서 kn=xk\displaystyle \frac{k}{n} = x _{k}라 하면 Δx=1n\displaystyle \Delta x = \frac{1}{n}이다. \therefore limnk=1nkn2f(kn)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{k}{n ^{2}} f \left( \frac{k}{n} \right)=limnk=1nknf(kn)1n\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{k}{n} f \left( \frac{k}{n} \right) \frac{1}{n} =01xf(x)dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} {} x f \left( x \right) dx =1201f(x)dx\displaystyle = \frac{1}{2} \int _{0} ^{1} {f' \left( x \right)} dx =12[f(x)]01\displaystyle = \frac{1}{2} \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} f \left( x \right) \end{array} \right] _{0} ^{1} =12{f(1)f(0)}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ f \left( 1 \right) - f \left( 0 \right) \right\} =12e12\displaystyle = \frac{1}{2} e - \frac{1}{2}

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