미적분Ⅰ부정적분과 정적분수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

주기함수 정적분 극한

문제

그림은 다음 조건을 만족시키는 함수 y=f(x)y = f \left( x \right)의 그래프의 일부이다.

(가) f(x)=2x1f \left( x \right) = 2 \left| x - 1 \right| (0x2)\left( 0 \leq x \leq 2 \right) (나) 모든 실수 xx에 대하여 f(x+2)=f(x)f \left( x + 2 \right) = f \left( x \right)이다.

g(k)=2k4kf(x)dx\displaystyle g \left( k \right) = \int _{2 k} ^{4 k} {f \left( x \right) dx}라 할 때, limn1n2k=1ng(k)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{1}{n ^{2}} \sum\limits _{k = 1} ^{n} g \left( k \right)}의 값은? [4점] 1132\displaystyle \frac{3}{2}2252\displaystyle \frac{5}{2}33

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해설

[출제의도] 수열의 극한값 추론하기 02f(x)dx=012(1x)dx+122(x1)dx=2\displaystyle \int _{0} ^{2} {f \left( x \right) dx} = \int _{0} ^{1} {2 \left( 1 - x \right) dx} + \int _{1} ^{2} {2 \left( x - 1 \right) dx} = 2 02f(x)dx=24f(x)dx==2(k1)2kf(x)dx=2\displaystyle \int _{0} ^{2} {f \left( x \right) dx} = \int _{2} ^{4} {f \left( x \right) dx} = \cdots = \int _{2 \left( k - 1 \right)} ^{2 k} {f \left( x \right) dx} = 2 이므로 02kf(x)dx=2k\displaystyle \int _{0} ^{2 k} {f \left( x \right) dx} = 2 k(kk는 자연수) g(k)=2k4kf(x)dx\displaystyle g \left( k \right) = \int _{2 k} ^{4 k} {f \left( x \right) dx} =04kf(x)dx02kf(x)dx=4k2k=2k\displaystyle = \int _{0} ^{4 k} {f \left( x \right) dx} - \int _{0} ^{2 k} {f \left( x \right) dx} = 4 k - 2 k = 2 k \therefore limn1n2k=1ng(k)=limn1n2k=1n2k\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{1}{n ^{2}} \sum\limits _{k = 1} ^{n} g \left( k \right) =} \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{1}{n ^{2}} \sum\limits _{k = 1} ^{n} 2 k} =limnn(n+1)n2=1\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{n \left( n + 1 \right)}{n ^{2}}} = 1

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