미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

내접 정사각형 호 위 점 극한

문제

그림과 같이 원에 내접하는 정사각형 ABCD\mathrm{ABCD} 와 점 B\mathrm{B} 를 포함하지 않는 호 AD\mathrm{AD} 위에 동점 P\mathrm{P} 가 있다. 동점 P\mathrm{P} 가 점 D\mathrm{D} 에 한없이 가까워질 때, (ADAP)DP\displaystyle \frac{\mathrm{( \overline{AD} - \overline{AP} )}}{\overline{DP}} 의 극한값을 α\alpha 라고 한다. 이 때, 100α2100 \alpha ^{2} 의 값을 구하시오. [4점]

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50

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해설

[출제의도] 삼각함수의 극한값 계산하기 θ\theta π4θ\displaystyle \frac{\pi}{4} - \theta

사각형ABCDABCD의 각변을 1이라 하고, DCP=DBP=θ\angle DCP \mathit{=} \angle DBP = \theta라 두면 ACP=π4θ\displaystyle \angle ACP \mathit{=} \frac{\pi}{4} - \theta AP=2sin(π4θ)=cosθsinθ\displaystyle {\overline{AP}} = \sqrt{2} \sin \left( \frac{\pi}{4} - \theta \right) = \cos \theta - \sin \theta DP=2sinθ\displaystyle {\overline{DP}} = \sqrt{2} \sin \thetaP\mathrm{P}가 점 D\mathrm{D}에 가까이 갈수록 θ0\theta \rightarrow 0 이므로 limθ0(ADAPDP)=limθ01(cosθsinθ)2sinθ\displaystyle \begin{aligned} \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} {} \left( \frac{\mathrm{\overline{AD}} - {\overline{AP}}}{\mathrm{\overline{DP}}} \right) & = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} {} \frac{1 - \left( \cos \theta - \sin \theta \right)}{\sqrt{2} \sin \theta} \end{aligned} =limθ0[{sin2θ2sinθ(1+cosθ)}+12]\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0} {} \left[ \left\{ \frac{\sin ^{2} \theta}{\sqrt{2} \sin \theta \left( 1 + \cos \theta \right)} \right\} + \frac{1}{\sqrt{2}} \right] =12=α\displaystyle = \frac{1}{\sqrt{2}} = \alpha 100α2=50\therefore 100 \alpha ^{2} = 50

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