미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

사인곡선 넓이 급수

문제

자연수 nn에 대하여 구간 [(n1)π,nπ]\left[ ( n - 1 ) \pi , n \pi \right]에서 곡선 y=(12)nsinx\displaystyle y = \left( \frac{1}{2} \right) ^{n} \sin xxx축으로 둘러싸인 부분의 넓이를 SnS _{n}이라 하자. n=1Sn=α\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} S _{n} = \alpha일 때, 50α50 \alpha의 값을 구하시오. [4점]

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해설

Sn=(n1)πnπ(12)nsinxdx\displaystyle S _{n} = \int _{(n-1)\pi} ^{n \pi} \left| \left( \frac{1}{2} \right) ^{n} \sin x \right| dx =(12)n(n1)πnπsinxdx\displaystyle = \left( \frac{1}{2} \right) ^{n} \int _{(n-1)\pi} ^{n \pi} \left| \sin x \right| dx 이 때, y=sinxy = | \sin x |는 주기가 π\pi인 주기함수이므로 임의의 자연수 nn에 대하여 (n1)πnπsinxdx=0πsinxdx\displaystyle \int _{(n-1)\pi} ^{n \pi} \left| \sin x \right| dx = \int _{0} ^{\pi} \sin x dx =[cosx]0π= \left[ - \cos x \right] _{0} ^{\pi}=2= 2Sn=(12)n(n1)πnπsinxdx\displaystyle S _{n} = \left( \frac{1}{2} \right) ^{n} \int _{(n-1)\pi} ^{n \pi} \left| \sin x \right| dx =2(12)n\displaystyle = 2 \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{n} =(12)n1\displaystyle = \left( \frac{1}{2} \right) ^{n-1}n=1Sn=n=1(12)n1\displaystyle \sum\limits _{n=1} ^{\infty} S _{n} = \sum\limits _{n=1} ^{\infty} \left( \frac{1}{2} \right) ^{n-1}=1112\displaystyle = \frac{1}{1 - \frac{1}{2}}=2= 2α=2\alpha = 250α=10050 \alpha = 100

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