미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

이등변삼각형 넓이의 극한

문제

그림과 같이 반지름의 길이가 11인 원에 외접하고 CAB=BCA=θ\angle \mathrm{CAB} = \angle \mathrm{BCA} = \theta인 이등변삼각형 ABC\mathrm{ABC}가 있다. 선분 AB\mathrm{AB}의 연장선 위에 점 A\mathrm{A}가 아닌 점 D\mathrm{D}DCB=θ\mathrm{\angle} DCB = \theta가 되도록 잡는다. 삼각형 BCD\mathrm{BCD}의 넓이를 S(θ)S ( \theta )라 할 때, limθ+0{θ×S(θ)}\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow +0} \left\{ \theta \times S ( \theta ) \right\}의 값은? (단, 0<θ<π4\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{4}) [4점]

23\displaystyle \frac{2}{3}89\displaystyle \frac{8}{9}109\displaystyle \frac{10}{9}43\displaystyle \frac{4}{3}149\displaystyle \frac{14}{9}

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해설

원과 선분AC의 접점을 P라 하면 tanθ2=1CP\displaystyle \tan \frac{\theta}{2} = \frac{1}{CP} 에서 CP=1tanθ2\displaystyle CP = \frac{1}{\tan \frac{\theta}{2}} 이므로 cosθ=CPBC=1tanθ2BC\displaystyle \cos \theta = \frac{CP}{BC} = \frac{\frac{1}{\tan \frac{\theta}{2}}}{BC} BC=1cosθtanθ2\displaystyle \therefore BC = \frac{1}{\cos \theta \tan \frac{\theta}{2}} 점C에서 선분AD의 연장선에 내린 수선의 발을 H라 하면 CH=ACsinθ=2CPsinθ=2sinθtanθ2\displaystyle CH = AC \sin \theta = 2 CP \sin \theta = \frac{2 \sin \theta}{\tan \frac{\theta}{2}} 이므로 sin3θ=CHCD\displaystyle \sin 3 \theta = \frac{CH}{CD} 에서 CD=CHsin3θ=2sinθsin3θtanθ2\displaystyle CD = \frac{CH}{\sin 3 \theta} = \frac{2 \sin \theta}{\sin 3 \theta \tan \frac{\theta}{2}} S(θ)=12×BC×CD×sinθ\displaystyle \therefore S ( \theta ) = \frac{1}{2} \times BC \times CD \times \sin \theta =12×1cosθtanθ2×2sinθsin3θtanθ2×sinθ\displaystyle = \frac{1}{2} \times \frac{1}{\cos \theta \tan \frac{\theta}{2}} \times \frac{2 \sin \theta}{\sin 3 \theta \tan \frac{\theta}{2}} \times \sin \theta =sin2θsin3θcosθtan2θ2\displaystyle = \frac{\sin ^{2} \theta}{\sin 3 \theta \cos \theta \tan ^{2} \frac{\theta}{2}} limθ0+{θ×S(θ)}\displaystyle \therefore \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\left\{ \theta \times S ( \theta ) \right\}} =limθ0+θsin2θsin3θcosθtan2θ2\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\frac{\theta \sin ^{2} \theta}{\sin 3 \theta \cos \theta \tan ^{2} \frac{\theta}{2}}} =limθ0+{3θsin3θ×sin2θθ2×1cosθ×(θ2tanθ2)2×43}\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\left\{ \frac{3 \theta}{\sin 3 \theta} \times \frac{\sin ^{2} \theta}{\theta ^{2}} \times \frac{1}{\cos \theta} \times \left( \frac{\frac{\theta}{2}}{\tan \frac{\theta}{2}} \right) ^{2} \times \frac{4}{3} \right\}} =43\displaystyle = \frac{4}{3}

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