미적분Ⅱ급수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

직사각형과 부채꼴 반복 도형 급수

문제

직사각형 A1B1C1D1A _{1} B _{1} C _{1} D _{1}에서 A1B1=1,A1B1=2\displaystyle \overline{A _{1} B _{1}} = 1 , \overline{A _{1} B _{1}} = 2이다. 그림과 같이 선분 A1D1A _{1} D _{1}과 선분 B1C1B _{1} C _{1}의 중점을 각각 M1,N1M _{1} , N _{1}이라 하자. 중심이 N1N _{1}, 반지름의 길이가 B1N1\displaystyle \overline{B _{1} N _{1}}이고 중심각의 크기가 π2\displaystyle \frac{\pi}{2}인 부채꼴 N1M1B1N _{1} M _{1} B _{1}을 그리고, 중심이 D1D _{1}, 반지름의 길이가 C1D1\displaystyle \overline{C _{1} D _{1}}이고 중심각의 크기가 π2\displaystyle \frac{\pi}{2}인 부채꼴 D1M1C1D _{1} M _{1} C _{1}을 그린다. 부채꼴 N1M1B1N _{1} M _{1} B _{1}의 호 M1B1M _{1} B _{1}과 선분 M1B1M _{1} B _{1}로 둘러싸인 부분과 부채꼴 D1M1C1D _{1} M _{1} C _{1}의 호 M1C1M _{1} C _{1}과 선분 M1C1M _{1} C _{1}로 둘러싸인 부분인 모양에 색칠하여 얻은 그림을 R1R _{1}이라 하자. 그림 R1R _{1}에 선분 M1B1M _{1} B _{1} 위의 점 A2A _{2}, 호 M1C1M _{1} C _{1} 위의 점 D2D _{2}와 변 B1C1B _{1} C _{1} 위의 두 점 B2,C2B _{2} , C _{2}를 꼭짓점으로 하고 A2B2:A2D2=1:2\displaystyle \overline{A _{2} B _{2}} : \overline{A _{2} D _{2}} = 1 : 2인 직사각형 A2B2C2D2A _{2} B _{2} C _{2} D _{2}를 그리고, 직사각형 A2B2C2D2A _{2} B _{2} C _{2} D _{2}에서 그림 R1R _{1}을 얻는 것과 같은 방법으로 만들어지는 모양에 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]

2519(π21)\displaystyle \frac{25}{19} \left( \frac{\pi}{2} - 1 \right)54(π21)\displaystyle \frac{5}{4} \left( \frac{\pi}{2} - 1 \right)2521(π21)\displaystyle \frac{25}{21} \left( \frac{\pi}{2} - 1 \right)2522(π21)\displaystyle \frac{25}{22} \left( \frac{\pi}{2} - 1 \right)2523(π21)\displaystyle \frac{25}{23} \left( \frac{\pi}{2} - 1 \right)

정답 보기

자료 내려받기

아직 올라온 파일이 없습니다.

해설

[출제의도] 반복되는 도형에서의 규칙을 찾아 넓이의 극한값을 구할 수 있는가?

직사각형 AnBnCnDnA _{n} B _{n} C _{n} D _{n}의 세로의 길이를 ana _{n}이라 하면 직사각형 An+1Bn+1Cn+1Dn+1A _{n + 1} B _{n + 1} C _{n + 1} D _{n + 1}의 세로의 길이는 an+1a _{n + 1}이고 BnBn+1=An+1Bn+1\displaystyle \overline{B _{n} B _{n + 1}} = \overline{A _{n + 1} B _{n + 1}} 이므로 Cn+1Cn=2an3an+1\displaystyle \overline{C _{n + 1} C _{n}} = 2 a _{n} - 3 a _{n + 1} 또한, 점 DnD _{n}을 좌표평면 위의 원점에 놓고 직사각형 AnBnCnDnA _{n} B _{n} C _{n} D _{n}의 가로와 세로를 xx축, yy축에 평행하게 놓으면 점 Dn+1(2an+3an+1,an+1an)D _{n + 1} ( - 2 a _{n} + 3 a _{n + 1} , a _{n + 1} - a _{n} )은 원 x2+y2=anx ^{2} + y ^{2} = a _{n} 위에 놓이게 된다. (2an+3an+1)2+(an+1an)2=an2( - 2 a _{n} + 3 a _{n + 1} ) ^{2} + ( a _{n + 1} - a _{n} ) ^{2} = a _{n} ^{2} 5an+127an+1an+2an2=0(5an+12an)(an+1an)=05 a _{n + 1} ^{2} - 7 a _{n + 1} a _{n} + 2 a _{n} ^{2} = 0 ( 5 a _{n + 1} - 2 a _{n} ) ( a _{n + 1} - a _{n} ) = 0 an+1=25an(an+1<an)\displaystyle \therefore a _{n + 1} = \frac{2}{5} a _{n} ( \because a _{n + 1} < a _{n} ) 따라서 닮음비가 25\displaystyle \frac{2}{5}이므로 넓이의 비는 425\displaystyle \frac{4}{25}이고 S1=2×(π412×1×1)=π21\displaystyle S _{1} = 2 \times ( \frac{\pi}{4} - \frac{1}{2} \times 1 \times 1 ) = \frac{\pi}{2} - 1에서 limnSn=π211425=2521(π21)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {S _{n} = \frac{\frac{\pi}{2} - 1}{1 - \frac{4}{25}} = \frac{25}{21} ( \frac{\pi}{2} - 1 )}

태그

비슷한 문제 더 보기

← 전체 문제 목록으로