미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

정사각형 단면 부피

문제

그림과 같이 두 곡선 y=22x+1\displaystyle y = 2 \sqrt{2 x} + 1, y=2x\displaystyle y = \sqrt{2 x}yy축 및 직선 x=2x = 2로 둘러싸인 도형을 밑면으로 하는 입체도형이 있다. 이 입체도형을 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면이 모두 정사각형일 때, 이 입체도형의 부피를 VV라 하자. 30V30 V의 값을 구하시오. [4점]

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340

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해설

[출제의도] 정적분을 이용하여 입체도형의 부피를 구한다. 입체도형을 직선 x=tx = t(0t2)\left( 0 \leq t \leq 2 \right)를 포함하고 xx축에 수직인 평면으로 자른 단면은 한 변의 길이가 (22t+1)2t=2t+1\displaystyle \left( 2 \sqrt{2 t} + 1 \right) - \sqrt{2 t} = \sqrt{2 t} + 1 인 정사각형이므로 단면의 넓이 S(t)S \left( t \right)S(t)S \left( t \right)=(2t+1)2\displaystyle = \left( \sqrt{2 t} + 1 \right) ^{2} =2t+22t+1\displaystyle = 2 t + 2 \sqrt{2 t} + 1 구하는 입체도형의 부피 VVVV=02(2t+22t+1)dt\displaystyle = \int _{0} ^{2} {\left( 2 t + 2 \sqrt{2 t} + 1 \right) dt} =[t2+423tt+t]02\displaystyle = \left[ t ^{2} + \frac{4 \sqrt{2}}{3} t \sqrt{t} + t \right] _{0} ^{2} =(4+163+2)0\displaystyle = \left( 4 + \frac{16}{3} + 2 \right) - 0 =343\displaystyle = \frac{34}{3} 따라서 30V=34030 V = 340

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