미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

정사각형 삼각형 급수

문제

그림과 같이 한 변의 길이가 22인 정사각형 A1B1C1D1\mathrm{A} _{1} B _{1} C _{1} D _{1}에서 선분 A1B1\mathrm{A} _{1} B _{1}과 선분 B1C1\mathrm{B} _{1} C _{1}의 중점을 각각 E1\mathrm{E} _{1}, F1\mathrm{F} _{1}이라 하자. 정사각형 A1B1C1D1\mathrm{A} _{1} B _{1} C _{1} D _{1}의 내부와 삼각형 E1F1D1\mathrm{E} _{1} F _{1} D _{1}의 외부의 공통부분에 색칠하여 얻은 그림을 R1R _{1}이라 하자. 그림 R1R _{1}에 선분 D1E1\mathrm{D} _{1} E _{1} 위의 점 A2\mathrm{A} _{2}, 선분 D1F1\mathrm{D} _{1} F _{1} 위의 점 D2\mathrm{D} _{2}와 선분 E1F1\mathrm{E} _{1} F _{1} 위의 두 점 B2,C2\mathrm{B} _{2} , C _{2}를 꼭짓점으로 하는 정사각형 A2B2C2D2\mathrm{A} _{2} B _{2} C _{2} D _{2}를 그리고, 정사각형 A2B2C2D2\mathrm{A} _{2} B _{2} C _{2} D _{2}에 그림 R1R _{1}을 얻은 것과 같은 방법으로 삼각형 E2F2D2\mathrm{E} _{2} F _{2} D _{2}를 그리고 정사각형 A2B2C2D2\mathrm{A} _{2} B _{2} C _{2} D _{2}의 내부와 삼각형 E2F2D2\mathrm{E} _{2} F _{2} D _{2}의 외부의 공통부분에 색칠하여 얻은 그림을 R2R _{2}라 하자. 이와 같은 과정을 계속하여 nn번째 얻은 그림 RnR _{n}에 색칠되어 있는 부분의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, limnSn\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {S _{n}}의 값은? [4점]

12537\displaystyle \frac{125}{37}12538\displaystyle \frac{125}{38}12539\displaystyle \frac{125}{39}258\displaystyle \frac{25}{8}12541\displaystyle \frac{125}{41}

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해설

S1=S _{1} =(A1E1D1\triangle \mathrm{A} _{1} E _{1} D _{1}의 넓이)+(E1B1F1\triangle \mathrm{E} _{1} B _{1} F _{1}의 넓이)+(D1F1C1\triangle \mathrm{D} _{1} F _{1} C _{1}의 넓이) =1+12+1\displaystyle = 1 + \frac{1}{2} + 1=52\displaystyle = \frac{5}{2} E1F2D1\triangle \mathrm{E} _{1} F _{2} D _{1}으로부터 E1F2:D1F2=1:3\displaystyle \overline{\mathrm{E} _{1} F _{2}} : \overline{\mathrm{D} _{1} F _{2}} = 1 : 3이므로 정사각형 A2B2C2D2\mathrm{A} _{2} B _{2} C _{2} D _{2}의 한 변의 길이를 xx라 두면 A2E1B2\triangle \mathrm{A} _{2} E _{1} B _{2}로부터 E1B2:A2B2\displaystyle \overline{\mathrm{E} _{1} B _{2}} : \overline{\mathrm{A} _{2} B _{2}}=22x2:x\displaystyle = \frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{x}{2} : x=1:3= 1 : 3 따라서 x=325\displaystyle x = \frac{3 \sqrt{2}}{5} A1B1C1D1\square \mathrm{A} _{1} B _{1} C _{1} D _{1}A2B2C2D2\square \mathrm{A} _{2} B _{2} C _{2} D _{2}의 길이 비는 1:3210\displaystyle 1 : \frac{3 \sqrt{2}}{10} limxSn\displaystyle \lim\limits _{x \rightarrow \infty} S _{n}=521(3210)2\displaystyle = \frac{\frac{5}{2}}{1 - \left( \frac{3 \sqrt{2}}{10} \right) ^{2}}=5282100\displaystyle = \frac{\frac{5}{2}}{\frac{82}{100}}=12541\displaystyle = \frac{125}{41}

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