미적분Ⅰ함수의 극한수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

반원 넓이비 극한

문제

그림과 같이 반지름의 길이가 11이고 중심이 O\mathrm{O}인 반원의 호를 이등분하는 점을 M\mathrm{M}이라 하고, 선분 OM\mathrm{OM} 위의 점 P\mathrm{P}를 지나고 선분 OM\mathrm{OM}에 수직인 직선과 반원이 만나는 점을 각각 A,B\mathrm{A} , B라 하자. 또, 선분 PM\mathrm{PM}의 중점 Q\mathrm{Q}를 지나고 선분 OM\mathrm{OM}에 수직인 직선과 반원이 만나는 점을 각각 C,D\mathrm{C} , D라 하고, 점 C,D\mathrm{C} , D에서 선분 AB\mathrm{AB}에 내린 수선의 발을 각각 E,F\mathrm{E} , F라 하자. PM=2x\displaystyle \mathrm{\overline{PM}} \mathit{=} 2 x일 때, 사다리꼴 ABDC\mathrm{ABDC}와 직사각형 EFDC\mathrm{EFDC}의 넓이를 각각 S(x),T(x)S ( x ) , T ( x )라 하자. limx0+T(x)S(x)\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow 0 +} {} \frac{T ( x )}{S ( x )}의 값은? [4점]

21\displaystyle \sqrt{2} - 122\displaystyle 2 - \sqrt{2}31\displaystyle \sqrt{3} - 12(21)\displaystyle 2 ( \sqrt{2} - 1 )2(23)\displaystyle 2 ( 2 - \sqrt{3} )

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해설

S(x)=12x(AB+CD)\displaystyle S ( x ) = \frac{1}{2} x \left( \mathrm{\overline{AB}} + \overline{CD} \right), T(x)T ( x )=xCD\displaystyle = x \cdot \overline{\mathrm{CD}}이므로 T(x)S(x)=2CDAB+CD\displaystyle \frac{T ( x )}{S ( x )} = \frac{\mathrm{2 \cdot \overline{CD}}}{\overline{AB} + \overline{CD}}=2QDPB+QD\displaystyle = \frac{\mathrm{2 \cdot \overline{QD}}}{\overline{PB} + \overline{QD}}이다. OP=12x\displaystyle \mathrm{\overline{OP}} = \mathit{1} - 2 x이므로 직각삼각형 OPB\mathrm{OPB}에서 PB\displaystyle \overline{\mathrm{PB}}=1(12x)2=4x4x2\displaystyle = \sqrt{1 - ( 1 - 2 x ) ^{2}} = \sqrt{4 x - 4 x ^{2}} OQ=1x\displaystyle \mathrm{\overline{OQ}} = \mathit{1} - x이므로 직각삼각형 OQD\mathrm{OQD}에서 QD\displaystyle \overline{\mathrm{QD}}=1(1x)2=2xx2\displaystyle = \sqrt{1 - ( 1 - x ) ^{2}} = \sqrt{2 x - x ^{2}}limx0T(x)S(x)\displaystyle \frac{\lim\limits _{x\rightarrow 0{T ( x )}}}{S ( x )}=limx022xx24x4x2+2xx2\displaystyle = \lim\limits _{x\rightarrow 0} \frac{2 \sqrt{2 x - x ^{2}}}{\sqrt{4 x - 4 x ^{2}} + \sqrt{2 x - x ^{2}}} =limx022x44x+2x\displaystyle = \lim\limits _{x\rightarrow 0} \frac{2 \sqrt{2 - x}}{\sqrt{4 - 4 x} + \sqrt{2 - x}} =222+2\displaystyle = \frac{2 \sqrt{2}}{2 + \sqrt{2}}=222\displaystyle = 2 \sqrt{2} - 2

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