점 O1에서 선분 AB에 내린 수선의 발을 F, 직선 O1O2와 현 BC, 호 BC의 교점을 각각 D, E라 하자.

O1F=O1E=f(θ), ∠OO1F=θ
OE=OO1+O1E=cosθf(θ)+f(θ)=1
f(θ)=1+cosθcosθ
OD=sinθ, ED=1−sinθ이므로
g(θ)=21−sinθ
θ→2π−0lim{f(θ)}2g(θ)=θ→2π−0lim(1+cosθcosθ)221−sinθ =θ→2π−0lim2cos2θ(1−sinθ)(1+cosθ)2
2π−θ=t라 하면, θ=2π−t이고
sinθ=sin(2π−t)=cost, cosθ=cos(2π−t)=sint
θ→2π−0일때 t→+0이다.
(주어진 식) =t→+0lim2sin2t(1−cost)(1+sint)2
=t→+0lim2(1−cos2t)(1−cost)(1+sint)2
=t→+0lim2(1+cost)(1+sint)2
=41=pq
따라서 p=4, q=1이므로 p2+q2=17이다.