미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

호 길이 비 극한

문제

그림과 같이 지름의 길이가 22이고, 두 점 A\mathrm{A}, B\mathrm{B}를 지름의 양 끝점으로 하는 반원 위에 점 C\mathrm{C}가 있다. 삼각형 ABC\mathrm{A} BC의 내접원의 중심을 O\mathrm{O}, 중심 O\mathrm{O}에서 선분 AB\mathrm{A} B와 선분 BC\mathrm{B} C에 내린 수선의 발을 각각 D\mathrm{D}, E\mathrm{E}라 하자. ABC=θ\angle \mathrm{A} BC = \theta이고, 호 AC\mathrm{A} C의 길이를 l1l _{1}, 호 DE\mathrm{D} E의 길이를 l2l _{2}라 할 때, limθ0l1l2\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{l _{1}}{l _{2}}의 값은? (단, 0<θ<π2\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{2}이다.) [3점]

11π4\displaystyle \frac{\pi}{4}π3\displaystyle \frac{\pi}{3}2π\displaystyle \frac{2}{\pi}3π\displaystyle \frac{3}{\pi}

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해설

AB\displaystyle \overline{\mathrm{A}} B의 중점을 O\mathrm{O}'이라 하면 AOC=2θ\angle \mathrm{A} O' \mathrm{C} = 2 \theta이므로 l1=1×2θ=2θl _{1} = 1 \times 2 \theta = 2 \theta 직각삼각형 ABC\mathrm{A} BC에서 AC=2sinθ\displaystyle \overline{\mathrm{A}} C = 2 \sin \theta, BC=2cosθ\displaystyle \overline{\mathrm{B}} C = 2 \cos \theta ABC\triangle \mathrm{A} BC의 넓이를 S\mathrm{S}, 원 O\mathrm{O}의 반지름을 rr라 하면 S=12(2+2sinθ+2cosθ)r\displaystyle \mathrm{S} = \frac{1}{2} ( 2 + 2 \sin \theta + 2 \cos \theta ) r =12×2sinθ×2cosθ\displaystyle = \frac{1}{2} \times 2 \sin \theta \times 2 \cos \theta r=2sinθcosθ1+sinθ+cosθ\displaystyle \therefore r = \frac{2 \sin \theta \cos \theta}{1 + \sin \theta + \cos \theta} DOE=πθ\angle \mathrm{D} OE = \pi - \theta이므로 l2=2sinθcosθ1+sinθ+cosθ(πθ)\displaystyle l _{2} = \frac{2 \sin \theta \cos \theta}{1 + \sin \theta + \cos \theta} ( \pi - \theta ) limθ0l1l2=limθ02θ(1+sinθ+cosθ)2sinθcosθ(πθ)=2π\displaystyle \therefore \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{l _{1}}{l _{2}} = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} \frac{2 \theta ( 1 + \sin \theta + \cos \theta )}{2 \sin \theta \cos \theta ( \pi - \theta )} = \frac{2}{\pi}

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