미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그곡선 직사각형 넓이 적분

문제

양수 tt에 대하여 곡선 y=2ln(x+1)y = 2 \ln \left( x + 1 \right) 위의 점 P(t,2ln(t+1))\mathrm{P} \mathit{\left( t , 2 \ln \left( t + 1 \right) \right)}에서 xx축, yy축에 내린 수선의 발을 각각 Q\mathrm{Q}, R\mathrm{R}이라 할 때, 직사각형 OQPR\mathrm{OQPR}의 넓이를 f(t)f \left( t \right)라 하자. 13f(t)dt\displaystyle \int _{1} ^{3} {} f \left( t \right) dt의 값은? (단, O\mathrm{O}는 원점이다.) [3점] 2+12ln2- 2 + 12 \ln 21+12ln2- 1 + 12 \ln 22+16ln2- 2 + 16 \ln 21+16ln2- 1 + 16 \ln 22+20ln2- 2 + 20 \ln 2

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해설

Q(t,0)\mathrm{Q} \mathit{\left( t , 0 \right)}, R(0,2ln(t+1))\mathrm{R} \mathit{\left( 0 , 2 \ln \left( t + 1 \right) \right)}이므로 직사각형 OQPR\mathrm{OQPR}의 넓이는 f(t)=2tln(t+1)f \left( t \right) = 2 t \ln \left( t + 1 \right) 따라서 13f(t)dt\displaystyle \int _{1} ^{3} {f \left( t \right)} dt =13{2tln(t+1)}dt\displaystyle = \int _{1} ^{3} {\left\{ 2 t \ln \left( t + 1 \right) \right\} dt} =[t2ln(t+1)]1313t2t+1dt\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} t ^{2} \ln \left( t + 1 \right) \end{array} \right] _{1} ^{3} - \int _{1} ^{3} {\frac{t ^{2}}{t + 1}} dt =[t2ln(t+1)]1313(t1+1t+1)dt\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} t ^{2} \ln \left( t + 1 \right) \end{array} \right] _{1} ^{3} - \int _{1} ^{3} {\left( t - 1 + \frac{1}{t + 1} \right) dt} =[t2ln(t+1)]13[12t2t+ln(t+1)]13\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} t ^{2} \ln \left( t + 1 \right) \end{array} \right] _{1} ^{3} - \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \frac{1}{2} t ^{2} - t + \ln \left( t + 1 \right) \end{array} \right] _{1} ^{3} =(9ln4ln2)(923+ln412+1ln2)\displaystyle = \left( 9 \ln 4 - \ln 2 \right) - \left( \frac{9}{2} - 3 + \ln 4 - \frac{1}{2} + 1 - \ln 2 \right) =2+16ln2= - 2 + 16 \ln 2

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