미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

매개변수 곡선 길이

문제

[11~12] 좌표평면에서 매개변수 θ{\theta}로 나타내어진 곡선 x=2cosθ+cos2θ{x = 2 \cos \theta + \cos 2 \theta}, y=2sinθ+sin2θ{y = 2 \sin \theta + \sin 2 \theta}

에 대하여 1111번과 1212번의 두 물음에 답하시오. (단, θ{\theta}는 실수이다.)

0θπ0 \leq \theta \leq \pi일 때, 이 곡선의 길이는? [3점] 6688101012121414

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해설

dxdθ\displaystyle \frac{dx}{d \theta}=2sinθ2sin2θ= - 2 \sin \theta - 2 \sin 2 \theta, dydθ\displaystyle \frac{dy}{d \theta}=2cosθ+2cos2θ= 2 \cos \theta + 2 \cos 2 \theta이므로 0θπ0 \leq \theta \leq \pi일 때, 이 곡선의 길이는 0π(dxdθ)2+(dydθ)2dθ\displaystyle \int _{0} ^{\pi} \sqrt{\left( \frac{dx}{d \theta} \right) ^{2} + \left( \frac{dy}{d \theta} \right) ^{2}} d \theta =0π(2sinθ2sin2θ)2+(2cosθ+2cos2θ)2dθ\displaystyle = \int _{0} ^{\pi} \sqrt{\left( - 2 \sin \theta - 2 \sin 2 \theta \right) ^{2} + \left( 2 \cos \theta + 2 \cos 2 \theta \right) ^{2}} d \theta =20π2+2(cosθcos2θ+sinθsin2θ)dθ\displaystyle = 2 \int _{0} ^{\pi} \sqrt{2 + 2 \left( \cos \theta \cos 2 \theta + \sin \theta \sin 2 \theta \right)} d \theta =20π2+2cosθdθ\displaystyle = 2 \int _{0} ^{\pi} \sqrt{2 + 2 \cos \theta} d \theta =20π4cos2θ2dθ\displaystyle = 2 \int _{0} ^{\pi} \sqrt{4 \cos ^{2} \frac{\theta}{2}} d \theta (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.cos2θ2=1+cosθ2\displaystyle \cos ^{2} \frac{\theta}{2} = \frac{1 + \cos \theta}{2})\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} ) =40πcosθ2dθ\displaystyle = 4 \int _{0} ^{\pi} \left| \cos \frac{\theta}{2} \right| d \theta =40πcosθ2dθ\displaystyle = 4 \int _{0} ^{\pi} \cos \frac{\theta}{2} d \theta (∵ 0θπ0 \leq \theta \leq \pi) =8[sinθ2]0π\displaystyle = 8 \left[ \sin \frac{\theta}{2} \right] _{0} ^{\pi}=8= 8

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