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

사다리꼴 넓이 극한

문제

그림과 같이 사다리꼴 ABCD\mathrm{ABCD}에서 변 AD\mathrm{AD}와 변 BC\mathrm{BC}가 평행하고 B=2θ\mathrm{\angle} B = 2 \theta, C=3θ\mathrm{\angle} C = 3 \theta, BC=2sinθ\displaystyle \mathrm{\overline{BC}} = 2 \sin \theta, AD=sinθ\displaystyle \mathrm{\overline{AD}} = \sin \theta이다. 사다리꼴 ABCD\mathrm{ABCD}의 넓이를 S(θ)S ( \theta )라 할 때, limθ+0S(θ)θ3=qp\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow + 0} {\frac{S ( \theta )}{\theta ^{3}}} = \frac{q}{p}이다. p+qp + q의 값을 구하시오. (단, 0<θ<π6\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{6}이고, ppqq는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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해설

A,F\mathrm{A} , F에서 선분 BC\mathrm{B} C에 내린 수선의 발을 E,F\mathrm{E} , F라 하면

AE=xtan2θ\displaystyle {\overline{AE}} = x \tan 2 \theta DF=(sinθx)tan3θ\displaystyle {\overline{DF}} = ( \sin \theta - x ) \tan 3 \theta AE=DF\displaystyle {\overline{AE}} = {\overline{DF}}에서 x=sinθtan3θtan2θ+tan3θ\displaystyle x = \frac{\sin \theta \tan 3 \theta}{\tan 2 \theta + \tan 3 \theta} S(θ)=12×3sinθ×xtan2θ\displaystyle S ( \theta ) = \frac{1}{2} \times 3 \sin \theta \times x \tan 2 \theta =12×3sinθ×sinθtan3θtan2θ+tan3θ×tan2θ\displaystyle = \frac{1}{2} \times 3 \sin \theta \times \frac{\sin \theta \tan 3 \theta}{\tan 2 \theta + \tan 3 \theta} \times \tan 2 \theta limθ0+S(θ)θ3=limθ0+123sinθtanθsinθtan3θθ3(tan2θ+tan3θ)\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\frac{S ( \theta )}{\theta ^{3}}} = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\frac{1}{2} \cdot \frac{3 \sin \theta \tan \theta \sin \theta \tan 3 \theta}{\theta ^{3} ( \tan 2 \theta + \tan 3 \theta )}} =limθ0+123sinθtan2θsinθtan3θθ4×θtan2θ+tan3θ\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {\frac{1}{2} \frac{3 \sin \theta \tan 2 \theta \sin \theta \tan 3 \theta}{\theta ^{4}}} \times \frac{\theta}{\tan 2 \theta + \tan 3 \theta} =95\displaystyle = \frac{9}{5} p+q=14\therefore p + q = 14

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