【실전모의고사 8회 문제 2】 예시 답안 및 단계별 정해
[출제개념 : 미분방정식 형태의 정적분 항등식, 곡선과 직선으로 둘러싸인 넓이의 극한]
[출처: 교과서 DB 연계 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.6 탐구 11082 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-03-04, 12미적Ⅰ-03-05]
(1) 단계별 풀이 (10점): $\int_0^x (x - t)f(t)\,dt = x\int_0^x f(t)\,dt - \int_0^x t f(t)\,dt$의 양변을 미분하면 $\int_0^x f(t)\,dt = 4x^3 - 6x^2 + 2ax$이다. 다시 미분하면 $f(x) = 12x^2 - 12x + 2a$이며, 첫 미분식에 $x=0$을 대입하면 $0=0$으로 임의의 $a$에서 성립하고, 조건 $f(0) = 4$가 주어질 때 $2a = 4 \implies a = 2$이다.
(2) 단계별 풀이 (10점): $f(x) = 12x^2 - 12x + 2a$이므로 $f(2) = 48 - 24 + 2a = 24 + 2a$ ($a=2$일 때 $28$)이다.
답: (1) $\int_0^x f(t)\,dt = 4x^3 - 6x^2 + 2ax$ (2) $f(x) = 12x^2 - 12x + 2a,\ f(2) = 24 + 2a$
(1) 단계별 풀이 (15점): $x^2 - \dfrac{1}{n}x - \dfrac{2}{n^2} = \left(x - \dfrac{2}{n}\right)\left(x + \dfrac{1}{n}\right) = 0$에서 두 교점의 $x$좌표는 $-\dfrac{1}{n}, \dfrac{2}{n}$이다. 따라서 $S_n = \dfrac{1}{6}\left(\dfrac{2}{n} - \left(-\dfrac{1}{n}\right)\right)^3 = \dfrac{1}{6}\left(\dfrac{3}{n}\right)^3 = \dfrac{9}{2n^3}$이다.
(2) 단계별 풀이 (15점): $n^3 S_n = \dfrac{9}{2}$이므로 $\lim_{n \to \infty} n^3 S_n = \dfrac{9}{2}$이다.
답: (1) 교점 $-\dfrac{1}{n},\ \dfrac{2}{n}$, $S_n = \dfrac{9}{2n^3}$ (2) $\lim_{n \to \infty} n^3 S_n = \dfrac{9}{2}$