미적분Ⅱ도함수의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

변곡점 y좌표 극한

문제

좌표평면에서 곡선 y=cosnx(0<x<π2,n=2,3,4,)\displaystyle y = \cos ^{n} x ( 0 < x < \frac{\pi}{2} , n = 2 , 3 , 4 , \cdots ) 의 변곡점의 yy좌표를 ana _{n}이라 할 때, limnan\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {a _{n}}의 값은? [3점] 1e2\displaystyle \frac{1}{e ^{2}}1e\displaystyle \frac{1}{e}1e\displaystyle \frac{1}{\sqrt{e}}12e\displaystyle \frac{1}{2 e}12e\displaystyle \frac{1}{\sqrt{2 e}}

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해설

y=cosnxy = \cos ^{n} x y=ncosn1xsinxy' = - n \cos ^{n-1} x \sin x y=n(n1)cosn2xsin2xncosn1xcosxy'' = n ( n - 1 ) \cos ^{n-2} x \sin ^{2} x - n \cos ^{n-1} x \cos x =n(n1)cosn2x(1cos2x)ncosn1xcosx= n ( n - 1 ) \cos ^{n-2} x ( 1 - \cos ^{2} x ) - n \cos ^{n-1} x \cos x =n(n1)cosn2xn(n1)cosnxncosnx= n ( n - 1 ) \cos ^{n-2} x - n ( n - 1 ) \cos ^{n} x - n \cos ^{n} x =n(n1)cosn2xn2cosnx= n ( n - 1 ) \cos ^{n-2} x - n ^{2} \cos ^{n} x =cosn2x(n2nn2cos2x)= \cos ^{n-2} x ( n ^{2} - n - n ^{2} \cos ^{2} x ) =cosn2x(n2sin2xn)= \cos ^{n-2} x ( n ^{2} \sin ^{2} x - n ) 0<x<π2\displaystyle 0 < x < \frac{\pi}{2}에서 cosx0\cos x \neq 0이므로 y=0y'' = 0에서 n2sin2xn=0n ^{2} \sin ^{2} x - n = 0, sin2x=1n\displaystyle \sin ^{2} x = \frac{1}{n} 꼭지점의 좌표를 (bn,an)( b _{n} , a _{n} )이라 하면 sin2bn=1n\displaystyle \sin ^{2} b _{n} = \frac{1}{n}이므로 an=cosnbn=(cos2bn)n2=(11n)n2\displaystyle a _{n} = \cos ^{n} b _{n} = ( \cos ^{2} b _{n} ) ^{\frac{n}{2}} = \left( 1 - \frac{1}{n} \right) ^{\frac{n}{2}}limnan=limn(11n)n2\displaystyle \lim\limits _{n\rightarrow \infty} a _{n} = \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \left( 1 - \frac{1}{n} \right) ^{\frac{n}{2}} =limn(11n)n}12\displaystyle = \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \left( 1 - \frac{1}{n} \right) ^{-n} \} ^{- \frac{1}{2}} =e12\displaystyle = e ^{- \frac{1}{2}} =1e\displaystyle = \frac{1}{\sqrt{e}}

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