미적분Ⅰ미분계수와 도함수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

포물선 위 각의 극한

문제

포물선 y=x(x+1)y = x ( x + 1 )위에 점 A(1,0)\mathrm{A} ( - 1 , 0 )이 있다. 점 P가 점 A에서 포물선을 따라 원점 O로 한없이 가까이 갈 때, APO\mathrm{\angle} APO의 크기의 극한값은? [3점]

9090 ^\circ120120 ^\circ135135 ^\circ150150 ^\circ180180 ^\circ

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해설

O\mathrm{O}에서의 접선의 기울기는 yx=0=1y' _{x = 0} = 1이므로 접선이 xx축의 양의 방향과 이루는 각은 4545 ^\circ이다. 그러므로 점 P\mathrm{P}A\mathrm{A}에서 O\mathrm{O}로 가까이 갈 때 APO\mathrm{\angle} APO의 극한값은 135135 ^\circ이다. [별해] 점 PP의 좌표를 P(a,a2+a),APO=θP ( a , a ^{2} + a ) , \angle APO = \theta라 하면 AP=(a+1)2+(a2+a)2=(a+1)1+a2\displaystyle \overline{AP} = \sqrt{( a + 1 ) ^{2} + ( a ^{2} + a ) ^{2}} = ( a + 1 ) \sqrt{1 + a ^{2}} OP=a2+(a2+a)2=a2+2a+a2\displaystyle \overline{OP} = \sqrt{a ^{2} + ( a ^{2} + a ) ^{2}} = - a \sqrt{2 + 2 a + a ^{2}} (단, 1<a<0- 1 < a < 0) cosθ=(a+1)2(1+a2)+a2(2+2a+a2)12(a+1)1+a2(a)2+2a+a2\displaystyle \therefore \cos \theta = \frac{( a + 1 ) ^{2} ( 1 + a ^{2} ) + a ^{2} ( 2 + 2 a + a ^{2} ) - 1}{2 ( a + 1 ) \sqrt{1 + a ^{2}} ( - a ) \sqrt{2 + 2 a + a ^{2}}} =2a(a3+2a2+3a+1)2a(a+1)1+a22+2a+a2\displaystyle = \frac{2 a ( a ^{3} + 2 a ^{2} + 3 a + 1 )}{- 2 a ( a + 1 ) \sqrt{1 + a ^{2}} \sqrt{2 + 2 a + a ^{2}}} 이고 P0P \rightarrow 0일 때 a0a \rightarrow 0 lima0cosθ=12\displaystyle \lim\limits _{a \rightarrow 0} {} \cos \theta = - \frac{1}{\sqrt{2}}에서 θ=135\theta = 135 ^\circ

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