미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

직각삼각형 등비급수

문제

그림과 같이 AB=AC=5\displaystyle \mathrm{\overline{AB}} = \overline{AC} = 5, BC=6\displaystyle \mathrm{\overline{BC}} = 6인 이등변삼각형 ABC\mathrm{ABC}가 있다. 선분 BC\mathrm{BC}의 중점 M1\mathrm{M} _{1}을 잡고 두 선분 AB\mathrm{AB}, AC\mathrm{AC} 위에 각각 점 B1\mathrm{B} _{1}, C1\mathrm{C} _{1}B1M1C1=90\mathrm{\angle} B _{1} M _{1} C _{1} = 90 ^\circ이고 B1C1\displaystyle \mathrm{\overline{B _{1} C _{1}}}//BC\displaystyle \mathrm{\overline{BC}}가 되도록 잡아 직각삼각형 B1M1C1\mathrm{B} _{1} M _{1} C _{1}을 만든다. 선분 B1C1\mathrm{B} _{1} C _{1}의 중점 M2\mathrm{M} _{2}를 잡고 두 선분 AB1\mathrm{AB} _{1}, AC1\mathrm{AC} _{1} 위에 각각 점 B2\mathrm{B} _{2}, C2\mathrm{C} _{2}B2M2C2=90\angle \mathrm{B} _{2} M _{2} C _{2} = 90 ^\circ이고 B2C2\displaystyle \mathrm{\overline{B _{2} C _{2}}}//B1C1\displaystyle \mathrm{\overline{B _{1} C _{1}}}이 되도록 잡아 직각삼각형 B2M2C2\mathrm{B} _{2} M _{2} C _{2}를 만든다. 이와 같은 과정을 계속하여 nn번째 만든 직각삼각형 BnMnCn{\mathrm{B}} _{n} {\mathrm{M}} _{n} {\mathrm{C}} _{n}의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, n=1Sn\displaystyle \sum\limits _{n=1} ^{\infty} S _{n}의 값은? [4점]

4711\displaystyle \frac{47}{11}4811\displaystyle \frac{48}{11}4911\displaystyle \frac{49}{11}5011\displaystyle \frac{50}{11}5111\displaystyle \frac{51}{11}

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해설

삼각형 ABC\mathrm{ABC}가 이등변삼각형이므로 △AM1C\mathrm{AM} _{1} C는 직각삼각형이다. ∴ AM1\displaystyle \mathrm{\overline{AM _{1}}}=5232=4\displaystyle = \sqrt{5 ^{2} - 3 ^{2}} = 4 삼각형 ABC\mathrm{ABC}와 삼각형 AB1C1\mathrm{AB} _{1} C _{1}이 닮음이므로 M2\mathrm{M} _{2}는 직선 AM1\mathrm{AM} _{1} 위에 있고 삼각형 AM2C1\mathrm{AM} _{2} C _{1}과 삼각형 AM1C\mathrm{AM} _{1} C는 닮음이다.

M2C1=a\displaystyle \overline{\mathrm{M} _{2} C _{1}} = a라 하면 삼각형 M2M1C1\mathrm{M} _{2} M _{1} C _{1}은 직각이등변삼각형이므로 M2M1=a\displaystyle \overline{\mathrm{M} _{2} M _{1}} = a AM2M2C1=AM1M1C\displaystyle \frac{\mathrm{\overline{AM} _{2}}}{\overline{M _{2} C _{1}}} = \frac{\overline{AM} _{1}}{\overline{M _{1} C}}에서 4aa=43\displaystyle \frac{4 - a}{a} = \frac{4}{3}a=127\displaystyle a = \frac{12}{7} 따라서 수열 {Sn}\left\{ S _{n} \right\}S1=a2=14449\displaystyle S _{1} = a ^{2} = \frac{144}{49}이고 공비가 (a3)2=1649\displaystyle \left( \frac{a}{3} \right) ^{2} = \frac{16}{49}인 등비수열이다. ∴ n=1Sn\displaystyle \sum\limits _{n=1} ^{\infty} S _{n}=1444911649\displaystyle = \frac{\frac{144}{49}}{1 - \frac{16}{49}}=4811\displaystyle = \frac{48}{11}

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