그림과 같이 AB=4, AD=3인 직사각형 ABCD에서 선분 BD 위의 점 P에 대하여 ∠PAB=θ(0<θ<6π)라 하자.
점 B를 중심으로 하고 선분 BP를 반지름으로 하는 원과 변 BC가 만나는 점을 Q라 하자. 부채꼴 BPQ에 내접하는 원의 반지름의 길이를 r(θ)라 할 때, θ→+0limθr(θ)=p+q5이다. 36(p2+q2)의 값을 구하시오. (단, p, q는 유리수이다.) [4점]
θr(θ)
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200
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해설
[출제의도] 삼각함수의 극한을 활용하여 문제해결하기
∠CBD=α라 하면
cosα=53=1−2sin22α이므로
sin2α=55BP=a라 하면 sin2α=a−r(θ)r(θ)=55이므로
r(θ)=1+5a
삼각형 PAB에서 사인법칙에 의해
sinθa=sin(2π−θ+α)4이므로
a=cos(θ−α)4sinθ∴r(θ)=(1+5)cos(θ−α)4sinθθ→+0limθr(θ)=θ→+0lim1+54×θsinθ×cos(θ−α)1=35(5−1)(∵cosα=53)∴p=−35, q=35
따라서 36(p2+q2)=200