문제 3
수직선 위를 움직이는 점의 위치·움직인 거리와 넓이 비교 [총 35점]
[출처: 미래엔 미적분Ⅰ Ⅲ-2. 정적분의 활용 (DB: CAL1_Ch03) PDF p.7 유제 5 변형 | 성취기준: 12미적Ⅰ-03-05, 12미적Ⅰ-03-06]
[제시문]
(가) 수직선 위를 움직이는 점 $P$의 시각 $t$에서의 속도가 $v(t)$이고 시각 $t=0$에서의 위치가 $x_0$일 때, 시각 $t=a$에서의 점 $P$의 위치는 $x(a) = x_0 + \int_0^a v(t)\,dt$이고, 시각 $t=0$에서 $t=a$까지 점 $P$가 실제로 움직인 거리는 $L = \int_0^a |v(t)|\,dt$이다.
(나) 원점을 출발하여 수직선 위를 움직이는 두 점 $P, Q$의 시각 $t$ ($t \ge 0$)에서의 속도가 각각
$$v_P(t) = 3t^2 - 12t + 9, \quad v_Q(t) = 6t - 9$$로 주어져 있다.
(다) 시각 $t > 0$에서 두 점 $P, Q$가 처음으로 다시 만나는 시각을 $t = T$라 하자.
[3-1]
점 $P$가 출발 후 운동 방향을 두 번째로 바꾸는 시각 $t_2$에서의 점 $P$의 위치와, $t=0$에서 $t=t_2$까지 점 $P$가 움직인 총 거리 $L$을 각각 구하시오. [11점]
[3-2]
제시문 (다)에서 두 점 $P, Q$가 출발 후 처음으로 다시 만나는 시각 $T$의 값과 그때 두 점의 속도의 차 $|v_P(T) - v_Q(T)|$를 구하시오. [12점]
[3-3]
시각 $t=0$에서 $t=T$까지 두 속도 그래프 $y = v_P(t)$와 $y = v_Q(t)$로 둘러싸인 두 영역의 넓이를 각각 $S_1, S_2$라 할 때, $S_1 + S_2$의 값을 구하시오. [12점]