함수
f(x)=21x2−x+ln(1+x)
와 양수 t에 대하여 점 (s,f(s))(s>0)에서 y축에 내린 수선의 발과 곡선 y=f(x) 위의 점 (s,f(s))에서의 접선이 y축과 만나는 점 사이의 거리가 t가 되도록 하는 s의 값을 g(t)라 하자.
∫21427g(t)dt의 값은? [4점]
①12161+ln3②340+ln3③453+ln2④679+ln2⑤12157+ln2
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⑤
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해설
f(x)=21x2−x+ln(1+x)에서
f′(x)=x−1+1+x1=x+1(x−1)(x+1)+1=x+1x2
곡선 y=f(x) 위의 점 (s,f(s))에서의 접선의 방정식은
y−f(s)=f′(s)(x−s)
이고 x=0을 대입하면
y−f(s)=−sf′(s), 즉 y=f(s)−sf′(s)
이므로 이 접선이 y축과 만나는 점의 y좌표는
f(s)−sf′(s)
한편 점 (s,f(s))에서 y축에 내린 수선의 발의 y좌표는 f(s)이고 두 점 (0,f(s)), (0,f(s)−sf′(s)) 사이의 거리가 t이므로
t=∣f(s)−{f(s)−sf′(s)}∣=∣sf′(s)∣=s⋅s+1s2=s+1s3=s+1s3(∵s>0)
이때 s=g(t)이고
dsdt=(s+1)23s2(s+1)−s3=(s+1)22s3+3s2t=21일 때, s+1s3=21에서
2s3−s−1=0, (s−1)(2s2+2s+1)=0∴s=1(∵2s2+2s+1>0)t=427일 때, s+1s3=427에서
4s3−27s−27=0, (s−3)(4s2+12s+9)=0(s−3)(2s+3)2=0∴s=3(∵s>0)∴∫21427g(t)dt=∫13s⋅(s+1)22s3+3s2ds=∫13(s+1)22s4+3s3ds=∫13(s+1)22s2(s2+2s+1)−s3−2s2ds=∫13{2s2−(s+1)2s(s2+2s+1)−s}ds=∫13{2s2−s+(s+1)2s}ds=∫13{2s2−s+s+11−(s+1)21}ds=[32s3−21s2+ln∣s+1∣+s+11]13=(18−29+ln4+41)−(32−21+ln2+21)=(455+2ln2)−(32+ln2)=12157+ln2