미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출기본 문제 (3점 중반)

단면이 정사각형인 입체도형의 부피

문제

그림과 같이 곡선 y=(12x)cosx(34πx54π)\displaystyle y = \sqrt{\left( 1 - 2 x \right) \cos x} \left( \frac{3}{4} \pi \leq x \leq \frac{5}{4} \pi \right)xx축 및 두 직선 x=34π\displaystyle x = \frac{3}{4} \pi, x=54π\displaystyle x = \frac{5}{4} \pi로 둘러싸인 부분을 밑면으로 하는 입체도형이 있다. 이 입체도형을 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면이 모두 정사각형일 때, 이 입체도형의 부피는? [3점]

2π2\displaystyle \sqrt{2} \pi - \sqrt{2}2π1\displaystyle \sqrt{2} \pi - 122π2\displaystyle 2 \sqrt{2} \pi - \sqrt{2}22π1\displaystyle 2 \sqrt{2} \pi - 122π\displaystyle 2 \sqrt{2} \pi

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해설

34πx54π\displaystyle \frac{3}{4} \pi \leq x \leq \frac{5}{4} \pi일 때 단면인 정사각형의 한 변의 길이는 y=(12x)cosx\displaystyle y = \sqrt{\left( 1 - 2 x \right) \cos x} 이므로 단면의 넓이를 S(x)S \left( x \right)라 하면 S(x)=y2=(12x)cosxS \left( x \right) = y ^{2} = \left( 1 - 2 x \right) \cos x 즉 구하려는 입체도형의 부피를 VV라 하면 VV=34π54πS(x)dx\displaystyle = \int _{\frac{3}{4} \pi} ^{\frac{5}{4} \pi} {} S \left( x \right) dx=34π54π(12x)cosxdx\displaystyle = \int _{\frac{3}{4} \pi} ^{\frac{5}{4} \pi} {} \left( 1 - 2 x \right) \cos x dx 12x=u1 - 2 x = u, cosx=v\cos x = v'라 하면 u=2u' = - 2, v=sinxv = \sin x이므로 VV=[(12x)sinx]34π54π+34π54π2sinxdx\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \left( 1 - 2 x \right) \sin x \end{array} \right] _{\frac{3}{4} \pi} ^{\frac{5}{4} \pi} + \int _{\frac{3}{4} \pi} ^{\frac{5}{4} \pi} {} 2 \sin x dx =22(152π)22(132π)2[cosx]34π54π\displaystyle = - \frac{\sqrt{2}}{2} \left( 1 - \frac{5}{2} \pi \right) - \frac{\sqrt{2}}{2} \left( 1 - \frac{3}{2} \pi \right) - 2 \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \cos x \end{array} \right] _{\frac{3}{4} \pi} ^{\frac{5}{4} \pi} =22π2\displaystyle = 2 \sqrt{2} \pi - \sqrt{2}

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