미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

겹친 정사각형 삼각형 넓이 극한

문제

그림과 같이 한 변의 길이가 11인 정사각형 ABCD\mathrm{A} BCD에서 변 AB\mathrm{A} B를 연장한 직선 위에 BE=1\displaystyle \overline{\mathrm{B}} E = 1인 점E\mathrm{E}가 있다. 점 E\mathrm{E}를 꼭짓점으로 하고 한 변의 길이가 11인 정사각형 EFGH\mathrm{E} FGH에 대하여 BEF=θ\angle \mathrm{B} EF = \theta일 때, 변 FG\mathrm{F} G와 변 AB\mathrm{A} B의 교점을 K\mathrm{K}, 변 FG\mathrm{F} G와 변 BC\mathrm{B} C의 교점을 L\mathrm{L}이라 하자. 삼각형 KBL\mathrm{K} BL의 넓이를 S(θ)S ( \theta )라 할 때, limθ0S(θ)θ3=qp\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{S ( \theta )}{\theta ^{3}} = \frac{q}{p}이다. p2+q2p ^{2} + q ^{2}의 값을 구하시오. (단, 0<θ<π4\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{4}이고, p,qp , q는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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65

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해설

EFKE=cosθ\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{E}} F}{\overline{\mathrm{K}} E} = \cos \theta이므로 KE=1cosθ\displaystyle {\overline{\mathrm{K}} E} = \frac{1}{\cos \theta}KB=1cosθ1\displaystyle {\overline{\mathrm{K}} B} = \frac{1}{\cos \theta} - 1 또, BKL=π2θ\displaystyle \angle \mathrm{B} KL = \frac{\pi}{2} - \theta에서 BLKB=tan(π2θ)=cotθ\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{B}} L}{\overline{\mathrm{K}} B} = \tan \left( \frac{\pi}{2} - \theta \right) = \cot \thetaBL=KBcotθ\displaystyle \overline{\mathrm{B}} L = \overline{KB} \cdot \cot \theta S(θ)S ( \theta )=12KBBL\displaystyle = \frac{1}{2} \cdot \overline{\mathrm{K}} B \cdot \overline{BL}=12(1cosθ1)×(1cosθ1)cotθ\displaystyle = \frac{1}{2} \left( \frac{1}{\cos \theta} - 1 \right) \times \left( \frac{1}{\cos \theta} - 1 \right) \cdot \cot \theta =12(1cosθ)2cos2θcosθsinθ=(1cosθ)22sinθcosθ\displaystyle = \frac{1}{2} \frac{( 1 - \cos \theta ) ^{2}}{\cos ^{2} \theta} \cdot \frac{\cos \theta}{\sin \theta} = \frac{( 1 - \cos \theta ) ^{2}}{2 \sin \theta \cos \theta}limθ0S(θ)θ3\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{S ( \theta )}{\theta ^{3}}=limθ0(1cosθ)22sinθcosθθ3\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{{( 1 - \cos \theta ) ^{2}}}{2 \sin \theta \cos \theta \cdot \theta ^{3}} =limθ0(1cosθ)2(1+cosθ)22sinθcosθθ3(1+cosθ)2\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} {} \frac{( 1 - \cos \theta ) ^{2} ( 1 + \cos \theta ) ^{2}}{2 \sin \theta \cos \theta \cdot \theta ^{3} ( 1 + \cos \theta ) ^{2}} =limθ0sin4θ2sinθcosθθ3(1+cosθ)2\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{\sin ^{4} \theta}{2 \sin \theta \cos \theta \cdot \theta ^{3} ( 1 + \cos \theta ) ^{2}} =12122=18\displaystyle = \frac{1}{2 \cdot 1 \cdot 2 ^{2}} = \frac{1}{8}p2+q2=65p ^{2} + q ^{2} = 65

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