미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

입체 부피 극한

문제

그림은 단계별로 만들어지는 어떤 입체를 위에서 본 모양과 앞에서 본 모양을 나타낸 것이다. [11단계] 한 모서리의 길이가 11인 정육면체를 평면 위에 놓는다. [22단계] [11단계] 입체에 한 모서리의 길이가 12\displaystyle \frac{1}{2}인 정육면체를 위, 왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤에 각각 11개씩 붙인다. [33단계] [22단계] 입체에 한 모서리의 길이가 122\displaystyle \frac{1}{2 ^{2}}인 정육면체를 위, 왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤에 각각 11개씩 붙인다. \vdots 이와 같은 과정을 계속하여 [nn단계]에서 얻어진 입체의 부피를 VnV _{n}이라 할 때, limnVn\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {V _{n}}의 값은? [4점]

<위에서 본 모양> <앞에서 본 모양> [33단계] [22단계] [11단계] \cdots \cdots

87\displaystyle \frac{8}{7}97\displaystyle \frac{9}{7}107\displaystyle \frac{10}{7}117\displaystyle \frac{11}{7}127\displaystyle \frac{12}{7}

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해설

입체의 부피를 VnV _{n}이라하면 V1=1V _{1} = 1, V2=1+5(12)3\displaystyle V _{2} = 1 + 5 \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{3} V3=1+5(12)3+5(12)6\displaystyle V _{3} = 1 + 5 \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{3} + 5 \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{6}, \cdots 이므로 limnVn=1+5(12)31(12)3=127\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {V _{n}} = 1 + \frac{5 \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{3}}{1 - \left( \frac{1}{2} \right) ^{3}} = \frac{12}{7}

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