미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

매개변수 곡선 길이

문제

매개변수 tt로 나타내어진 곡선 x=2tsin2tcos2tx = 2 t - \sin 2 t \cos 2 t, y=sin22ty = \sin ^{2} 2 t 에 대하여 0t38π\displaystyle 0 \leq t \leq \frac{3}{8} \pi에서 이 곡선의 길이는? [3점] 222\displaystyle 2 - \frac{\sqrt{2}}{2}222+22\displaystyle 2 + \frac{\sqrt{2}}{2}2+2\displaystyle 2 + \sqrt{2}2+322\displaystyle 2 + \frac{3 \sqrt{2}}{2}

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해설

2sin2tcos2t=sin4t2 \sin 2 t \cos 2 t = \sin 4 t이므로 dxdt=22cos4t\displaystyle \frac{dx}{dt} = 2 - 2 \cos 4 t, dydt=2sin4t\displaystyle \frac{dy}{dt} = 2 \sin 4 t 또한 1cos4t=2sin22t1 - \cos 4 t = 2 \sin ^{2} 2 t이므로 구하는 곡선의 길이는 038π(dxdt)2+(dydt)2dt\displaystyle \int _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} \sqrt{\left( \frac{dx}{dt} \right) ^{2} + \left( \frac{dy}{dt} \right) ^{2}} dt =038π(22cos4t)2+(2sin4t)2dt\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} \sqrt{\left( 2 - 2 \cos 4 t \right) ^{2} + \left( 2 \sin 4 t \right) ^{2}} dt =038π88cos4tdt\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} \sqrt{8 - 8 \cos 4 t} dt =038π88(12sin22t)dt\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} \sqrt{8 - 8 \left( 1 - 2 \sin ^{2} 2 t \right)} dt =038π16sin22tdt\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} \sqrt{16 \sin ^{2} 2 t} dt =038π4sin2tdt\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} 4 \sin 2 t dt (\because sin2t0\sin 2 t \geq 0) =[2cos2t]038π\displaystyle = \left[ \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} - 2 \cos 2 t \end{array} \right] _{0} ^{\frac{3}{8} \pi} =2cos34π(2cos0)\displaystyle = - 2 \cos \frac{3}{4} \pi - \left( - 2 \cos 0 \right) =2+2\displaystyle = 2 + \sqrt{2}

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