미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

정사각형 단면 부피

문제

그림과 같이 곡선 y=1xlnx(lnx+1)(exe)\displaystyle y = \sqrt{\frac{1}{x \ln x \left( \ln x + 1 \right)}} \left( \sqrt{e} \leq x \leq e \right)xx축 및 두 직선 x=e\displaystyle x = \sqrt{e}, x=ex = e로 둘러싸인 부분을 밑면으로 하는 입체도형이 있다. 이 입체도형을 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면이 모두 정사각형일 때, 이 입체도형의 부피는? [3점]

ln76\displaystyle \ln \frac{7}{6}ln65\displaystyle \ln \frac{6}{5}ln54\displaystyle \ln \frac{5}{4}ln43\displaystyle \ln \frac{4}{3}ln32\displaystyle \ln \frac{3}{2}

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해설

직선 x=tx = t (ete)\displaystyle \left( \sqrt{e} \leq t \leq e \right)를 포함하고 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면의 넓이를 S(t)S \left( t \right)라 하면 S(t)=1tlnt(lnt+1)\displaystyle S \left( t \right) = \frac{1}{t \ln t \left( \ln t + 1 \right)} 따라서 구하는 부피를 VV라 하면 V=eeS(t)dt=ee1tlnt(lnt+1)dt\displaystyle V = \int _{\sqrt{e}} ^{e} S \left( t \right) dt = \int _{\sqrt{e}} ^{e} \frac{1}{t \ln t \left( \ln t + 1 \right)} dt lnt=s\ln t = s로 놓으면 dsdt=1t\displaystyle \frac{ds}{dt} = \frac{1}{t}이고, t=e\displaystyle t = \sqrt{e}일 때 s=12\displaystyle s = \frac{1}{2}, t=et = e일 때 s=1s = 1이므로 VV=1211s(s+1)ds\displaystyle = \int _{\frac{1}{2}} ^{1} \frac{1}{s \left( s + 1 \right)} ds =121(1s1s+1)ds\displaystyle = \int _{\frac{1}{2}} ^{1} \left( \frac{1}{s} - \frac{1}{s + 1} \right) ds =[lnsln(s+1)]121\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \ln s - \ln \left( s + 1 \right) \end{array} \right] _{\frac{1}{2}} ^{1} =[lnss+1]121\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \ln \frac{s}{s + 1} \end{array} \right] _{\frac{1}{2}} ^{1} =ln12ln13\displaystyle = \ln \frac{1}{2} - \ln \frac{1}{3} =ln32\displaystyle = \ln \frac{3}{2}

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