미적분Ⅰ정적분의 활용수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

넓이 조건 A=2B

문제

함수 f(x)={x22x+6(x<0)x2+2x+6(x0)\displaystyle f ( x ) = {\begin{cases} - x ^{2} - 2 x + 6 & & ( x < 0 ) \\ - x ^{2} + 2 x + 6 & & ( x \geq 0 ) \end{cases}} 의 그래프가 xx축과 만나는 서로 다른 두 점을 P{\mathrm{P}}, Q{\mathrm{Q}}라 하고, 상수 k(k>4)k \left( k > 4 \right)에 대하여 직선 x=kx = kxx축과 만나는 점을 R\mathrm{R}이라 하자. 곡선 y=f(x)y = f ( x )와 선분 PQ\mathrm{PQ}로 둘러싸인 부분의 넓이를 AA, 곡선 y=f(x)y = f ( x )와 직선 x=kx = k 및 선분 QR\mathrm{QR}로 둘러싸인 부분의 넓이를 BB라 하자. A=2BA = 2 B일 때, kk의 값은? (단, 점 P\mathrm{P}xx좌표는 음수이다.) [4점] 92\displaystyle \frac{9}{2}5\mathrm{5}112\displaystyle \frac{11}{2}6\mathrm{6}132\displaystyle \frac{13}{2}

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해설

f(x)f \left( x \right)={x22x+6(x<0)x2+2x+6(x0)\displaystyle = {\begin{cases} - x ^{2} - 2 x + 6 & & \left( x < 0 \right) \\ - x ^{2} + 2 x + 6 & & \left( x \geq 0 \right) \end{cases}} ={(x+1)2+7(x<0)(x1)2+7(x0)\displaystyle = \begin{cases} - \left( x + 1 \right) ^{2} + 7 & & \left( x < 0 \right) \\ - \left( x - 1 \right) ^{2} + 7 & & \left( x \geq 0 \right) \end{cases} 에서 함수 y=f(x)y = f \left( x \right)의 그래프와 직선 x=kx = k 및 세 점 P\mathrm{P}, Q\mathrm{Q}, R\mathrm{R}는 다음과 같다.

함수 y=f(x)y = f \left( x \right)의 그래프가 yy축에 대하여 대칭이므로 함수 y=f(x)y = f \left( x \right)의 그래프와 선분 OP\mathrm{OP}yy축으로 둘러싸인 부분의 넓이는 함수 y=f(x)y = f \left( x \right)의 그래프와 선분 OQ\mathrm{OQ}yy축으로 둘러싸인 부분의 넓이와 같다. 따라서 A=2BA = 2 B, 즉 A2=B\displaystyle \frac{A}{2} = B에서 0k(x2+2x+6)dx=0\displaystyle \int _{0} ^{k} {\left( - x ^{2} + 2 x + 6 \right) dx} = 0 0k(x2+2x+6)dx\displaystyle \int _{0} ^{k} {\left( - x ^{2} + 2 x + 6 \right) dx}=[13x3+x2+6x]0k\displaystyle = \left[ - \frac{1}{3} x ^{3} + x ^{2} + 6 x \right] _{0} ^{k} =13k3+k2+6k\displaystyle = - \frac{1}{3} k ^{3} + k ^{2} + 6 k 13k3+k2+6k=0\displaystyle - \frac{1}{3} k ^{3} + k ^{2} + 6 k = 0에서 13k(k6)(k+3)=0\displaystyle - \frac{1}{3} k \left( k - 6 \right) \left( k + 3 \right) = 0 \therefore k=6(k>4)k = 6 \left( \because k > 4 \right)

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