미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

부채꼴 내접원 극한

문제

그림과 같이 AB=4\displaystyle {\overline{\mathrm{AB}}} = 4, AD=3\displaystyle \mathrm{\overline{AD}} = 3인 직사각형 ABCD\mathrm{ABCD}에서 선분 BD\mathrm{BD} 위의 점 P\mathrm{P}에 대하여 PAB=θ(0<θ<π6)\displaystyle \angle \mathrm{PAB} = \theta \left( 0 < \theta < \frac{\pi}{6} \right)라 하자. 점 B\mathrm{B}를 중심으로 하고 선분 BP\mathrm{BP}를 반지름으로 하는 원과 변 BC\mathrm{BC}가 만나는 점을 Q\mathrm{Q}라 하자. 부채꼴 BPQ\mathrm{BPQ}에 내접하는 원의 반지름의 길이를 r(θ)r \left( \theta \right)라 할 때, limθ+0r(θ)θ=p+q5\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow + 0} {\frac{r \left( \theta \right)}{\theta}} = p + q \sqrt{5}이다. 36(p2+q2)36 \left( p ^{2} + q ^{2} \right)의 값을 구하시오. (단, pp, qq는 유리수이다.) [4점]

θ\theta r(θ)r \left( \theta \right)

정답 보기
200

자료 내려받기

아직 올라온 파일이 없습니다.

해설

[출제의도] 삼각함수의 극한을 활용하여 문제해결하기 CBD=α\angle \mathrm{CBD} = \alpha라 하면 cosα=35=12sin2α2\displaystyle \cos \alpha = \frac{3}{5} = 1 - 2 \sin ^{2} \frac{\alpha}{2}이므로 sinα2=55\displaystyle \sin \frac{\alpha}{2} = \frac{\sqrt{5}}{5} BP=a\displaystyle \mathrm{\overline{BP}} = \mathit{a}라 하면 sinα2=r(θ)ar(θ)=55\displaystyle \sin \frac{\alpha}{2} = \frac{r \left( \theta \right)}{a - r \left( \theta \right)} = \frac{\sqrt{5}}{5}이므로 r(θ)=a1+5\displaystyle r \left( \theta \right) = \frac{a}{1 + \sqrt{5}} 삼각형 PAB\mathrm{PAB}에서 사인법칙에 의해 asinθ=4sin(π2θ+α)\displaystyle \frac{a}{\sin \theta} = \frac{4}{\sin \left( \frac{\pi}{2} - \theta + \alpha \right)}이므로 a=4sinθcos(θα)\displaystyle a = \frac{4 \sin \theta}{\cos \left( \theta - \alpha \right)} \thereforer(θ)=4sinθ(1+5)cos(θα)\displaystyle r \left( \theta \right) = \frac{4 \sin \theta}{\left( 1 + \sqrt{5} \right) \cos \left( \theta - \alpha \right)} limθ+0r(θ)θ\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow + 0} {\frac{r \left( \theta \right)}{\theta}}=limθ+041+5×sinθθ×1cos(θα)\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow + 0} {\frac{4}{1 + \sqrt{5}} \times \frac{\sin \theta}{\theta}} \times \frac{1}{\cos \left( \theta - \alpha \right)} =53(51)\displaystyle = \frac{5}{3} \left( \sqrt{5} - 1 \right) (cosα=35)\displaystyle \left( \because \cos \alpha = \frac{3}{5} \right) \thereforep=53\displaystyle p = - \frac{5}{3}, q=53\displaystyle q = \frac{5}{3} 따라서 36(p2+q2)=20036 \left( p ^{2} + q ^{2} \right) = 200

태그

비슷한 문제 더 보기

← 전체 문제 목록으로