미적분Ⅱ여러 가지 적분법AI기본 문제 (3점 중반)

정적분의 값으로 반지름 a 구하기

문제

양수 aa에 대하여 0aa2x2dx=4π\displaystyle \int _{0} ^{a} \sqrt{a ^{2} - x ^{2}} dx = 4 \pi일 때, aa의 값을 구하시오. [3점]

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해설

x=asinθx = a \sin \theta (π2θπ2)\displaystyle \left( - \frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2} \right)로 놓으면 dx=acosθdθdx = a \cos \theta d \theta이고 x=0x = 0일 때 θ=0\theta = 0, x=ax = a일 때 θ=π2\displaystyle \theta = \frac{\pi}{2} a2x2=a2(1sin2θ)=acosθ\displaystyle \sqrt{a ^{2} - x ^{2}} = \sqrt{a ^{2} ( 1 - \sin ^{2} \theta )} = a \cos \theta (a>0a > 0, cosθ0\cos \theta \geq 0)이므로 0aa2x2dx=0π2a2cos2θdθ=a220π2(1+cos2θ)dθ\displaystyle \int _{0} ^{a} \sqrt{a ^{2} - x ^{2}} dx = \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} a ^{2} \cos ^{2} \theta d \theta = \frac{a ^{2}}{2} \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} ( 1 + \cos 2 \theta ) d \theta =a22[θ+12sin2θ]0π2=πa24\displaystyle = \frac{a ^{2}}{2} \left[ \theta + \frac{1}{2} \sin 2 \theta \right] _{0} ^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi a ^{2}}{4} πa24=4π\displaystyle \frac{\pi a ^{2}}{4} = 4 \pi에서 a2=16a ^{2} = 16 따라서 a=4a = 4 (a>0a > 0)

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