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

삼차곡선과 직선 넓이 조건

문제

곡선 f(x)=x36x2+9xf ( x ) = x ^{3} - 6 x ^{2} + 9 x와 직선 g(x)=mxg ( x ) = mx가 서로 다른 세 점 O(0,0)\mathrm{O} ( \mathit{0} , 0 ), A(a,f(a))\mathrm{A} ( \mathit{a} , f ( a ) ), B(b,f(b))\mathrm{B} ( \mathit{b} , f ( b ) )에서 만나고 0b{f(x)g(x)}dx=0\displaystyle \int _{0} ^{b} {\left\{ f ( x ) - g ( x ) \right\} dx = 0}일 때, ab{g(x)}2dx\displaystyle \int _{a} ^{b} {\{ g ( x ) \} ^{2} dx}의 값은? (단, 0<a<b0 < a < b) [4점] 1818563\displaystyle \frac{56}{3}583\displaystyle \frac{58}{3}2020623\displaystyle \frac{62}{3}

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해설

[출제의도] 정적분을 활용하여 수학 내적 문제 해결하기 f(x)g(x)=x36x2+9xmxf ( x ) - g ( x ) = x ^{3} - 6 x ^{2} + 9 x - mx=x(xa)(xb)= x ( x - a ) ( x - b ) 0bx(xa)(xb)dx\displaystyle \int _{0} ^{b} {x ( x - a ) ( x - b ) dx} =[14x413(a+b)x3+12abx2]0b\displaystyle = \left[ \frac{1}{4} x ^{4} - \frac{1}{3} ( a + b ) x ^{3} + \frac{1}{2} abx ^{2} \right] _{0} ^{b} =14b413(a+b)b3+12ab3\displaystyle = \frac{1}{4} b ^{4} - \frac{1}{3} ( a + b ) b ^{3} + \frac{1}{2} ab ^{3} =b312(2ab)=0\displaystyle = \frac{b ^{3}}{12} ( 2 a - b ) = 0이므로 b=2ab = 2 a x{x26x+(9m)}=x(xa)(x2a)x \left\{ x ^{2} - 6 x + ( 9 - m ) \right\} = x ( x - a ) ( x - 2 a ) 6=3a6 = 3 a, 9m=2a29 - m = 2 a ^{2}이므로 a=2a = 2, m=1m = 1, b=4b = 4 따라서ab{g(x)}2dx=24x2dx=563\displaystyle \int _{a} ^{b} {\{ g ( x ) \} ^{2}} dx = \int _{2} ^{4} {x ^{2}} dx = \frac{56}{3}

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