미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

외접원 중심 극한

문제

좌표평면에서 곡선 y=cos2xy = \cos 2 x가 두 직선 x=tx = t, x=tx = - t (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.0<t<π4\displaystyle 0 < t < \frac{\pi}{4})\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} )와 만나는 점을 각각 P\mathrm{P}, Q\mathrm{Q}라 하고, 곡선 y=cos2xy = \cos 2 xyy축과 만나는 점을 R\mathrm{R}라 하자. 세 점 P\mathrm{P}, Q\mathrm{Q}, R\mathrm{R}를 지나는 원의 중심을 C\mathrm{C}(0,f(t))( 0 , f ( t ) )라 할 때, limt0+f(t)=α\displaystyle \lim\limits _{t \rightarrow 0 +} {} f ( t ) = \alpha이다. 100α100 \alpha의 값을 구하시오. [4점]

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해설

선분 PQ\mathrm{PQ}의 수직이등분선이 yy축이므로 f(t)f ( t )는 선분 PR\mathrm{PR}을 수직이등분하는 직선의 yy절편이다. P\mathrm{P}(t,cos2t)( t , \cos 2 t ), R\mathrm{R}(0,1)( 0 , 1 )이므로 선분 PQ\mathrm{PQ}의 중점은 (t2,cos2t+12)\displaystyle \left( \frac{t}{2} , \frac{\cos 2 t + 1}{2} \right)이고 선분 PQ\mathrm{PQ}의 기울기는 cos2t1t\displaystyle \frac{\cos 2 t - 1}{t}이다. 따라서 선분 PR\mathrm{PR}을 수직이등분하는 직선의 방정식은 y=tcos2t1(xt2)+cos2t+12\displaystyle y = - \frac{t}{\cos 2 t - 1} \left( x - \frac{t}{2} \right) + \frac{\cos 2 t + 1}{2}f(t)f ( t )=tcos2t1(0t2)+cos2t+12\displaystyle = - \frac{t}{\cos 2 t - 1} \left( 0 - \frac{t}{2} \right) + \frac{\cos 2 t + 1}{2} =t22(cos2t1)+cos2t+12\displaystyle = \frac{t ^{2}}{2 ( \cos 2 t - 1 )} + \frac{\cos 2 t + 1}{2} =t2(cos2t+1)2(cos22t1)+cos2t+12\displaystyle = \frac{t ^{2} ( \cos 2 t + 1 )}{2 ( \cos ^{2} 2 t - 1 )} + \frac{\cos 2 t + 1}{2} =t2(cos2t+1)2sin22t+cos2t+12\displaystyle = - \frac{t ^{2} ( \cos 2 t + 1 )}{2 \sin ^{2} 2 t} + \frac{\cos 2 t + 1}{2}α\alpha==limt0+f(t)\displaystyle \lim\limits _{t \rightarrow 0 +} {} f ( t ) =limt0+(t2(cos2t+1)2sin22t+cos2t+12)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 +} {} \left( - \frac{t ^{2} ( \cos 2 t + 1 )}{2 \sin ^{2} 2 t} + \frac{\cos 2 t + 1}{2} \right) =limt0+((2tsin2t)2cos2t+18+cos2t+12)\displaystyle = \lim\limits _{t \rightarrow 0 +} {} \left( - \left( \frac{2 t}{\sin 2 t} \right) ^{2} \cdot \frac{\cos 2 t + 1}{8} + \frac{\cos 2 t + 1}{2} \right) =14+1\displaystyle = - \frac{1}{4} + 1=34\displaystyle = \frac{3}{4}100α100 \alpha=75= 75

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