미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

구분구적법 넓이

문제

그림과 같이 한 변의 길이가 11인 정사각형 ABCD\mathrm{ABCD}가 있다. 22 이상의 자연수 nn에 대하여 변 BC\mathrm{BC}nn등분한 각 분점을 점 B\mathrm{B}에서 가까운 것부터 차례로 P1\mathrm{P} _{1}, P2\mathrm{P} _{2}, P3\mathrm{P} _{3}, \cdots, Pn1\mathrm{P} _{\mathit{n} \mathrm{-} 1}이라 하고, 변 CD\mathrm{CD}nn등분한 각 분점을 점 C\mathrm{C}에서 가까운 것부터 차례로 Q1\mathrm{Q} _{1}, Q2\mathrm{Q} _{2}, Q3\mathrm{Q} _{3}, \cdots, Qn1\mathrm{Q} _{\mathit{n} \mathrm{-} 1}이라 하자. 1kn11 \leq k \leq n - 1인 자연수 kk에 대하여 사각형 APkQkD\mathrm{A} P _{\mathit{k}} Q _{\mathit{k}} D의 넓이를 SkS _{k}라 하자. limn1nk=1n1Sk=α\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{1}{n} \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} S _{k}} = \alpha일 때, 150α150 \alpha의 값을 구하시오. [4점]

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100

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해설

[출제의도] 정적분과 무한급수의 관계 이해하기 Sk=112×kn12×kn(1kn)\displaystyle S _{k} = 1 - \frac{1}{2} \times \frac{k}{n} - \frac{1}{2} \times \frac{k}{n} \left( 1 - \frac{k}{n} \right) =1kn+12(kn)2\displaystyle = 1 - \frac{k}{n} + \frac{1}{2} \left( \frac{k}{n} \right) ^{2}이므로 limn1nk=1n1Sk=limn1nk=1n1{1kn+12(kn)2}\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{1}{n} \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} S _{k}} = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \frac{1}{n} \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \left\{ 1 - \frac{k}{n} + \frac{1}{2} \left( \frac{k}{n} \right) ^{2} \right\} =01(1x+12x2)dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} \left( 1 - x + \frac{1}{2} x ^{2} \right) dx =[x12x2+16x3]01\displaystyle = \left[ x - \frac{1}{2} x ^{2} + \frac{1}{6} x ^{3} \right] _{0} ^{1}=23\displaystyle = \frac{2}{3} \therefore α=23\displaystyle \alpha = \frac{2}{3} 따라서 150α=100150 \alpha = 100

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