미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출기본 문제 (3점 중반)

단면이 정사각형인 입체

문제

그림과 같이 곡선 y=(1+cosx)sinx(π3xπ2)\displaystyle y = \left( 1 + \cos x \right) \sqrt{\sin x} \left( \frac{\pi}{3} \leq x \leq \frac{\pi}{2} \right)xx축 및 두 직선 x=π3\displaystyle x = \frac{\pi}{3}, x=π2\displaystyle x = \frac{\pi}{2}로 둘러싸인 부분을 밑면으로 하는 입체도형이 있다. 이 입체도형을 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면이 모두 정사각형일 때, 이 입체도형의 부피는? [3점]

512\displaystyle \frac{5}{12}1324\displaystyle \frac{13}{24}23\displaystyle \frac{2}{3}1924\displaystyle \frac{19}{24}1112\displaystyle \frac{11}{12}

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해설

(x,0)\left( x , 0 \right) (π3xπ2)\displaystyle \left( \frac{\pi}{3} \leq x \leq \frac{\pi}{2} \right)을 지나고 xx축에 수직인 평면으로 입체도형을 자른 단면의 넓이를 S(x)S ( x )라 하면 S(x)S ( x )={(1+cosx)sinx}2\displaystyle = \left\{ ( 1 + \cos x ) \sqrt{\sin x} \right\} ^{2}=(1+cosx)2sinx= \left( 1 + \cos x \right) ^{2} \sin x 따라서 구하는 부피는 π3π2(1+cosx)2sinxdx\displaystyle \int _{\frac{\pi}{3}} ^{\frac{\pi}{2}} ( 1 + \cos x ) ^{2} \sin x dx 1+cosx=t1 + \cos x = t로 놓으면 dtdx=sinx\displaystyle \frac{dt}{dx} = \mathit{-} \sin x x=π3\displaystyle x = \frac{\pi}{3}일 때 t=32\displaystyle t = \frac{3}{2}, x=π2\displaystyle x = \frac{\pi}{2}일 때 t=1t = 1이므로 π3π2(1+cosx)2sinxdx\displaystyle \int _{\frac{\pi}{3}} ^{\frac{\pi}{2}} ( 1 + \cos x ) ^{2} \sin x dx=321t2dt\displaystyle = \mathit{-} \int _{\frac{3}{2}} ^{1} {} t ^{2} dt=[13t3]132\displaystyle = \left[ \frac{1}{3} t ^{3} \right] _{1} ^{\frac{3}{2}}=1924\displaystyle = \frac{19}{24}

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