미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그 함수 정적분

문제

양수 tt에 대하여 곡선 y=exy = e ^{x}과 두 직선 y=ty = t, y=t+2y = t + 2가 만나는 점을 각각 P{\mathrm{P}}, Q{\mathrm{Q}}라 할 때, 두 점 P{\mathrm{P}}, Q{\mathrm{Q}}xx좌표의 차를 f(t)f \left( t \right)라 하자. 232f(t)t2dt\displaystyle \int _{\frac{2}{3}} ^{2} \frac{f \left( t \right)}{t ^{2}} dt의 값은? [3점] 1+3ln2- 1 + 3 \ln 21+4ln2- 1 + 4 \ln 24ln24 \ln 21+3ln21 + 3 \ln 21+4ln21 + 4 \ln 2

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해설

두 점 P{\mathrm{P}}, Q{\mathrm{Q}}xx좌표를 구하면 ex=te ^{x} = t에서 x=lntx = \ln t ex=t+2e ^{x} = t + 2에서 x=ln(t+2)x = \ln \left( t + 2 \right) f(t)=ln(t+2)lntf \left( t \right) = \ln \left( t + 2 \right) - \ln t이므로 232ln(t+2)lntt2dt=2321t2ln(1+2t)dt\displaystyle \int _{\frac{2}{3}} ^{2} \frac{\ln \left( t + 2 \right) - \ln t}{t ^{2}} dt = \int _{\frac{2}{3}} ^{2} \frac{1}{t ^{2}} \ln \left( 1 + \frac{2}{t} \right) dt 1+2t=u\displaystyle 1 + \frac{2}{t} = u라 하면 2t2=dudt\displaystyle - \frac{2}{t ^{2}} = \frac{du}{dt} t=23\displaystyle t = \frac{2}{3}일 때 u=4u = 4 t=2t = 2일 때 u=2u = 2 2321t2ln(1+2t)dt\displaystyle \int _{\frac{2}{3}} ^{2} \frac{1}{t ^{2}} \ln \left( 1 + \frac{2}{t} \right) dt =42(12lnu)du\displaystyle = \int _{4} ^{2} {} \left( - \frac{1}{2} \ln u \right) du =1224lnudu\displaystyle = \frac{1}{2} \int _{2} ^{4} {} \ln u du =12[ulnuu]24\displaystyle = \frac{1}{2} \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} u \ln u - u \end{array} \right] _{2} ^{4} =12{(4ln44)(2ln22)}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ \left( 4 \ln 4 - 4 \right) - \left( 2 \ln 2 - 2 \right) \right\} =12{(8ln24)(2ln22)}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ \left( 8 \ln 2 - 4 \right) - \left( 2 \ln 2 - 2 \right) \right\} =12(6ln22)=3ln21\displaystyle = \frac{1}{2} \left( 6 \ln 2 - 2 \right) = 3 \ln 2 - 1 따라서 232f(t)t2dt=1+3ln2\displaystyle \int _{\frac{2}{3}} ^{2} \frac{f \left( t \right)}{t ^{2}} dt = - 1 + 3 \ln 2

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