미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

반원 속 삼각형 넓이 극한

문제

그림과 같이 길이가 22인 선분 AB\mathrm{AB}를 지름으로 하는 반원이 있다. 선분 AB\mathrm{AB} 위의 점 P\mathrm{P}에 대하여 QB=QP\displaystyle \mathrm{\overline{QB}} = \mathrm{\overline{QP}}를 만족시키는 반원 위의 점을 Q\mathrm{Q}라 할 때, BQP=θ(0<θ<π2)\displaystyle \mathrm{\angle} BQP = \theta \left( 0 < \theta < \frac{\pi}{2} \right)라 하자. 삼각형 QPB\mathrm{QPB}의 넓이를 S(θ)S \left( \theta \right)라 할 때, limθ0+S(θ)θ3\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\frac{S \left( \theta \right)}{\theta ^{3}}}의 값은? [4점]

14\displaystyle \frac{1}{4}12\displaystyle \frac{1}{2}112244

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해설

[출제의도] 도형의 성질을 활용하여 삼각함수의 극한 문제해결하기

삼각형 QPB\mathrm{QPB}는 이등변삼각형이므로 QBP=π2θ2\displaystyle \mathrm{\angle} QBP = \frac{\pi}{2} - \frac{\theta}{2} 삼각형 ABQ\mathrm{ABQ}Q=π2\displaystyle \mathrm{\angle} Q = \frac{\pi}{2}인 직각삼각형이므로 QAB=θ2\displaystyle \mathrm{\angle} QAB = \frac{\theta}{2} QB=QP=2sinθ2\displaystyle \mathrm{\overline{QB}} = \mathrm{\overline{QP}} = 2 \sin \frac{\theta}{2} S(θ)S ( \theta )=12×QB×QP×sinθ\displaystyle = \frac{1}{2} \times \mathrm{\overline{QB}} \mathit{\times} \mathrm{\overline{QP}} \mathit{\times} \sin \theta limθ0+S(θ)θ3\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{S ( \theta )}{\theta ^{3}}=limθ0+2sin2θ2sinθθ3\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\frac{2 \sin ^{2} \frac{\theta}{2} \sin \theta}{\theta ^{3}}} =limθ0+{2×(sinθ2θ2)2×14×sinθθ}\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\left\{ 2 \times \left( \frac{\sin \frac{\theta}{2}}{\frac{\theta}{2}} \right) ^{2} \times \frac{1}{4} \times \frac{\sin \theta}{\theta} \right\}} =2×1×14×1=12\displaystyle = 2 \times 1 \times \frac{1}{4} \times 1 = \frac{1}{2}

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