미적분Ⅱ여러 가지 적분법수능 기출기본 문제 (3점 중반)

치환적분

문제

그림과 같이 제11사분면에 있는 점 P\mathrm{P}에서 xx축에 내린 수선의 발을 H\mathrm{H}라 하고, POH=θ\mathrm{\angle} POH = \theta라 하자. OHPH\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{O}} H}{\overline{\mathrm{P}} H}f(θ)f ( \theta )라 할 때, π6π3f(θ)dθ\displaystyle \int _{\frac{\pi}{6}} ^{\frac{\pi}{3}} {f \left( \theta \right) d \theta}의 값은? (단, O\mathrm{O}는 원점이다.) [3점]

12ln3\displaystyle \frac{1}{2} \ln 3ln3\ln 3ln6\ln 62ln32 \ln 32ln62 \ln 6

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해설

[출제의도] 치환적분법을 활용하여 삼각함수의 정적분의 값을 구한다. OP=r\displaystyle \mathrm{\overline{OP}} \mathit{=} r라 하면 OH=rcosθ\displaystyle \overline{\mathrm{O}} H = \mathit{r} \cos \theta, PH=rsinθ\displaystyle \overline{\mathrm{P}} H = \mathit{r} \sin \theta이므로 f(θ)=OHPH\displaystyle f ( \theta ) = \frac{{\overline{\mathrm{OH}}}}{{\overline{\mathrm{PH}}}}=rcosθrsinθ=cosθsinθ\displaystyle = \frac{r \cos \theta}{r \sin \theta} = \frac{\cos \theta}{\sin \theta} π6π3f(θ)dθ=π6π3cosθsinθdθ\displaystyle \int _{\frac{\pi}{6}} ^{\frac{\pi}{3}} {f ( \theta ) d \theta} = \int _{\frac{\pi}{6}} ^{\frac{\pi}{3}} {\frac{\cos \theta}{\sin \theta}} d \theta에서 sinθ=t\sin \theta = t로 놓으면 dtdθ=cosθ\displaystyle \frac{dt}{d \theta} = \cos \theta θ=π6\displaystyle \theta = \frac{\pi}{6}일 때 t=12\displaystyle t = \frac{1}{2}, θ=π3\displaystyle \theta = \frac{\pi}{3}일 때 t=32\displaystyle t = \frac{\sqrt{3}}{2}이므로 π6π3cosθsinθdθ=12321tdt\displaystyle \int _{\frac{\pi}{6}} ^{\frac{\pi}{3}} {\frac{\cos \theta}{\sin \theta} d \theta} = \int _{\frac{1}{2}} ^{\frac{\sqrt{3}}{2}} {\frac{1}{t} dt} =[lnt]1232\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \ln t \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right] _{\frac{1}{2}} ^{\frac{\sqrt{3}}{2}} =ln32ln12\displaystyle = \ln \frac{\sqrt{3}}{2} - \ln \frac{1}{2} =ln3=12ln3\displaystyle = \ln \sqrt{3} = \frac{1}{2} \ln 3

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