미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출기본 문제 (3점 중반)

정적분과 급수

문제

limnπnk=1ncoskπ4n\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \frac{\pi}{n} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \cos \frac{k \pi}{4 n}의 값은? [3점] 22\displaystyle \frac{\sqrt{2}}{2}2\displaystyle \sqrt{2}322\displaystyle \frac{3 \sqrt{2}}{2}22\displaystyle 2 \sqrt{2}522\displaystyle \frac{5 \sqrt{2}}{2}

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해설

주어진 급수를 변형하면 limnπnk=1ncoskπ4n=4limnπ4nk=1ncoskπ4n\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \frac{\pi}{n} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \cos \frac{k \pi}{4 n} = 4 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \frac{\pi}{4 n} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \cos \frac{k \pi}{4 n} f(x)=cosxf \left( x \right) = \cos x, xk=kπ4n\displaystyle x _{k} = \frac{k \pi}{4 n}, δx=π4n\displaystyle \delta x = \frac{\pi}{4 n}라 하면 정적분과 급수의 관계에 의하여 4limnπ4nk=1ncoskπ4n\displaystyle 4 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \frac{\pi}{4 n} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \cos \frac{k \pi}{4 n}=4limnk=1nf(xk)Δx\displaystyle = 4 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \sum\limits _{k = 1} ^{n} f \left( x _{k} \right) \Delta x =40π4cosxdx\displaystyle = 4 \int _{0} ^{\frac{\pi}{4}} \cos x dx =4[sinx]0π4\displaystyle = 4 \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \sin x \end{array} \right] _{0} ^{\frac{\pi}{4}} =4(sinπ4sin0)\displaystyle = 4 \left( \sin \frac{\pi}{4} - \sin 0 \right) =4×22\displaystyle = 4 \times \frac{\sqrt{2}}{2}=22\displaystyle = 2 \sqrt{2}

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