미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

넓이 조건 적분

문제

양의 실수 전체의 집합에서 감소하고 연속인 함수 f(x)f ( x )가 다음 조건을 만족시킨다.

(가) 모든 양의 실수 xx에 대하여 f(x)>0f ( x ) > 0이다 (나) 임의의 양의 실수 tt에 대하여 세점 (0,0),(t,f(t)),(t+1,f(t+1))( 0 , 0 ) , ( t , f ( t ) ) , ( t + 1 , f ( t + 1 ) ) 을 꼭짓점으로 하는 삼각형의 넓이가 t+1t\displaystyle \frac{t + 1}{t} 이다 (다) 12f(x)xdx=2\displaystyle \int _{1} ^{2} {\frac{f ( x )}{x} dx = 2}

72112f(x)xdx=qp\displaystyle \int _{\frac{7}{2}} ^{\frac{11}{2}} {\frac{f ( x )}{x} dx = \frac{q}{p}}라 할 때, p+qp + q의 값을 구하시오 (단, ppqq는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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해설

(0,0),(t,f(t)),(t+1,f(t+1))( 0 , 0 ) , ( t , f ( t ) ) , ( t + 1 , f ( t + 1 ) )을 꼭짓점으로 하는 삼각형의 넓이는 12tf(t+1)(t+1)f(t)=t+1t\displaystyle \frac{1}{2} \left| t f ( t + 1 ) - ( t + 1 ) f ( t ) \right| = \frac{t + 1}{t} 양변을 t(t+1)t ( t + 1 )로 나누면 12f(t+1)t+1f(t)t=1t2\displaystyle \frac{1}{2} \left| \frac{f ( t + 1 )}{t + 1} - \frac{f ( t )}{t} \right| = \frac{1}{t ^{2}} f(t)f ( t )는 감소함수이고 f(t)>0f ( t ) > 0이므로 f(t)t>f(t+1)t+1\displaystyle \frac{f ( t )}{t} > \frac{f ( t + 1 )}{t + 1} f(t)tf(t+1)t+1=2t2\displaystyle \therefore \frac{f ( t )}{t} - \frac{f ( t + 1 )}{t + 1} = \frac{2}{t ^{2}} f(t+1)t+1f(t)t=[f(x)x]tt+1\displaystyle \frac{f ( t + 1 )}{t + 1} - \frac{f ( t )}{t} = \left[ \frac{f ( x )}{x} \right] _{t} ^{t + 1}=ddt(tt+1f(x)xdx)=2t2\displaystyle = \frac{d}{dt} \left( \int _{t} ^{t + 1} {\frac{f ( x )}{x} dx} \right) = - \frac{2}{t ^{2}} 양변을 적분하면 tt+1f(x)x=2t+C\displaystyle \int _{t} ^{t + 1} {\frac{f ( x )}{x} = \frac{2}{t} + C} t=1t = 1일 때, 12f(x)xdx=2+c=2\displaystyle \int _{1} ^{2} \frac{f ( x )}{x} dx = 2 + c = 2에서 C=0C = 0 tt+1f(x)xdx=2t\displaystyle \therefore \int _{t} ^{t+1} \frac{f ( x )}{x} dx = \frac{2}{t} 72112f(x)xdx=7292f(x)xdx+92112f(x)xdx\displaystyle \int _{\frac{7}{2}} ^{\frac{11}{2}} {\frac{f ( x )}{x}} dx = \int _{\frac{7}{2}} ^{\frac{9}{2}} {\frac{f ( x )}{x}} dx + \int _{\frac{9}{2}} ^{\frac{11}{2}} {\frac{f ( x )}{x}} dx =47+49\displaystyle = \frac{4}{7} + \frac{4}{9}=6463\displaystyle = \frac{64}{63} p+q=127\therefore p + q = 127

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