미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

부채꼴 회전체 부피

문제

그림은 좌표평면에 반지름의 길이가 22이고 중심각의 크기가 9090 ^\circ인 부채꼴 OAB\mathrm{OAB}를 나타낸 것이다. 선분 OA\mathrm{OA}xx축의 양의 방향과 이루는 각의 크기가 3030 ^\circ일 때, 부채꼴 OAB\mathrm{OAB}의 내부를 xx축의 둘레로 회전시켜 생기는 회전체의 부피는? (단, O\mathrm{O}는 원점이고, 점 B\mathrm{B}는 제22사분면에 있다.) [4점]

4(3+1)3π\displaystyle \frac{4 ( \sqrt{3} + 1 )}{3} \pi5(3+1)3π\displaystyle \frac{5 ( \sqrt{3} + 1 )}{3} \pi2(3+1)π\displaystyle 2 ( \sqrt{3} + 1 ) \pi7(3+1)3π\displaystyle \frac{7 ( \sqrt{3} + 1 )}{3} \pi8(3+1)3π\displaystyle \frac{8 ( \sqrt{3} + 1 )}{3} \pi

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해설

A\mathrm{A}, B\mathrm{B}는 원 x2+y2=4x ^{2} + y ^{2} = 4 위의 점이다. 따라서 점 A\mathrm{A}의 좌표는 (3,1)\displaystyle ( \sqrt{3} , 1 ), 점 B\mathrm{B}의 좌표는 (1,3)\displaystyle ( - 1 , \sqrt{3} )이고 직선 OA\mathrm{OA}의 방정식은 y=13x\displaystyle y = \frac{1}{\sqrt{3}} x, 직선 OB\mathrm{OB}의 방정식은 y=3x\displaystyle y = - \sqrt{3} x이다.

따라서 구하는 회전체의 부피를 VV라 하면 VV=π13(4x2)dx\displaystyle = \pi \int _{- 1} ^{\sqrt{3}} ( 4 - x ^{2} ) dxπ10(3x)2dx\displaystyle - \pi \int _{-1} ^{0} \left( - \sqrt{3} x \right) ^{2} dxπ03(13x)2dx\displaystyle - \pi \int _{0} ^{\sqrt{3}} \left( \frac{1}{\sqrt{3}} x \right) ^{2} dx =π[4xx33]13\displaystyle = \pi \left[ 4 x - \frac{x ^{3}}{3} \right] _{-1} ^{\sqrt{3}}π[x3]10\displaystyle - \pi \left[ \begin{array}{l} x ^{3} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right] _{-1} ^{0}π[x39]03\displaystyle - \pi \left[ \frac{x ^{3}}{9} \right] _{0} ^{\sqrt{3}} =8(3+1)3π\displaystyle = \frac{8 ( \sqrt{3} + 1 )}{3} \pi

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