미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그 적분 넓이

문제

0xπ0 \leq x \leq \pi에서 정의된 함수 f(x)=cosxsinx+2\displaystyle f ( x ) = \frac{\cos x}{\sin x + 2}에 대하여 곡선 y=f(x)y = f ( x )xx축, yy축으로 둘러싸인 부분의 넓이를 S1,S _{1} , 곡선 y=f(x)y = f ( x )xx축 및 직선 x=πx = \pi로 둘러싸인 부분의 넓이를 S2S _{2}라 하자. S1+S2S _{1} + S _{2}의 값은? [4점] ln32\displaystyle \ln \frac{3}{2}ln43\displaystyle \ln \frac{4}{3}2ln32\displaystyle 2 \ln \frac{3}{2}2ln43\displaystyle 2 \ln \frac{4}{3}4ln32\displaystyle 4 \ln \frac{3}{2}

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해설

f(x)=0f ( x ) = 0에서 x=π2\displaystyle x = \frac{\pi}{2} (∵ 0xπ0 \leq x \leq \pi) 따라서 함수 y=f(x)y = f ( x )의 그래프는 (π2,0)\displaystyle \left( \frac{\pi}{2} , 0 \right)에서 xx축과 만난다. 이때, f(x)+f(πx)=0f ( x ) + f \left( \pi - x \right) = 0이므로 함수 y=f(x)y = f ( x )의 그래프는 점 (π2,0)\displaystyle \left( \frac{\pi}{2} , 0 \right)에 대하여 대칭이다. ∴ S1=S2S _{1} = S _{2}S1+S2S _{1} + S _{2}=20π2cosxsinx+2dx\displaystyle = 2 \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos x}{\sin x + 2} dx t=sinx+2t = {\sin x + 2}라 하면 x=0x = 0일 때, t=2t = 2, x=π2\displaystyle x = \frac{\pi}{2}일 때, t=3t = 3이고 dt=cosxdxdt = \cos x dx이므로 20π2cosxsinx+2dx\displaystyle 2 \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos x}{\sin x + 2} dx=2231tdt\displaystyle = 2 \int _{2} ^{3} \frac{1}{t} dt =2[lnx]23\displaystyle = 2 \left[ \begin{array}{l} \ln x \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right] _{2} ^{3}=2(ln3ln2)= 2 \left( \ln 3 - \ln 2 \right)=2ln32\displaystyle = 2 \ln \frac{3}{2}

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