미적분Ⅰ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

움직인 거리

문제

양수 aa에 대하여 수직선 위를 움직이는 점 P\mathrm{P}의 시각 t(t0)t \left( t \geq 0 \right)에서의 속도 v(t)v \left( t \right)v(t)=3t(at)v \left( t \right) = 3 t \left( a - t \right) 이다. 시각 t=0t = 0에서 점 P\mathrm{P}의 위치는 16\mathrm{16}이고, 시각 t=2at = 2 a에서 점 P\mathrm{P}의 위치는 0\mathrm{0}이다. 시각 t=0t = 0에서 t=5t = 5까지 점 P\mathrm{P}가 움직인 거리는? [4점] 54\mathrm{54}58\mathrm{58}62\mathrm{62}66\mathrm{66}70\mathrm{70}

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해설

시각 t(t0)t \left( t \geq 0 \right)에서의 점 P\mathrm{P}의 위치를 x(t)x \left( t \right)라 하자. x(t)x \left( t \right)=x(0)+0tv(t)dt\displaystyle = x \left( 0 \right) + \int _{0} ^{t} {} v \left( t \right) dt =16+0t3t(at)dt\displaystyle = 16 + \int _{0} ^{t} {} 3 t \left( a - t \right) dt =16+0t(3t2+3at)dt\displaystyle = 16 + \int _{0} ^{t} {} \left( - 3 t ^{2} + 3 at \right) dt =16+[t3+32at2]0t\displaystyle = 16 + \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} - t ^{3} + \frac{3}{2} at ^{2} \end{array} \right] _{0} ^{t} =t3+32at2+16\displaystyle = - t ^{3} + \frac{3}{2} at ^{2} + 16 시각 t=2at = 2 a에서 점 P\mathrm{P}의 위치가 0\mathrm{0}이므로 x(2a)x \left( 2 a \right)=(2a)3+32a×(2a)2+16\displaystyle = - \left( 2 a \right) ^{3} + \frac{3}{2} a \times \left( 2 a \right) ^{2} + 16 =162a3=0= 16 - 2 a ^{3} = 0 a3=8a ^{3} = 8, a=2a = 2 v(t)=3t(2t)=3t2+6tv \left( t \right) = 3 t \left( 2 - t \right) = - 3 t ^{2} + 6 t 따라서 시각 t=0t = 0에서 t=5t = 5까지 점 P\mathrm{P}가 움직인 거리는 05v(t)dt\displaystyle \int _{0} ^{5} {} \left| v \left( t \right) \right| dt =053t2+6tdt\displaystyle = \int _{0} ^{5} {} \left| - 3 t ^{2} + 6 t \right| dt =02(3t2+6t)dt+25(3t26t)dt\displaystyle = \int _{0} ^{2} {} \left( - 3 t ^{2} + 6 t \right) dt + \int _{2} ^{5} {} \left( 3 t ^{2} - 6 t \right) dt =[t3+3t2]02+[t33t2]25\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \begin{matrix} \\ \end{matrix} - t ^{3} + 3 t ^{2} \end{array} \right] _{0} ^{2} + \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \begin{matrix} \\ \end{matrix} t ^{3} - 3 t ^{2} \end{array} \right] _{2} ^{5} ={(8+12)0}+{(12575)(812)}= \left\{ \left( - 8 + 12 \right) - 0 \right\} + \left\{ \left( 125 - 75 \right) - \left( 8 - 12 \right) \right\} =58= 58

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