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

삼각형 넓이 극한

문제

그림과 같이 반지름의 길이가 55인 원에 내접하고, AB\displaystyle {\overline{\mathrm{AB}}}=AC\displaystyle = {\overline{\mathrm{AC}}}인 삼각형 ABC\mathrm{ABC}가 있다. BAC\angle \mathrm{BAC}=θ= \theta라 하고, 점 B\mathrm{B}를 지나고 직선 AB\mathrm{AB}에 수직인 직선이 원과 만나는 점 중 B\mathrm{B}가 아닌 점을 D\mathrm{D}, 직선 BD\mathrm{BD}와 직선 AC\mathrm{AC}가 만나는 점을 E\mathrm{E}라 하자. 삼각형 ABC\mathrm{ABC}의 넓이를 f(θ)f \left( \theta \right), 삼각형 CDE\mathrm{CDE}의 넓이를 g(θ)g \left( \theta \right)라 할 때, limθ0+g(θ)θ2×f(θ)\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{g \left( \theta \right)}{\theta ^{2} \times f \left( \theta \right)}의 값은? (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.단, 0<θ<π2\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{2})\displaystyle \left. \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right) [4점]

18\displaystyle \frac{1}{8}14\displaystyle \frac{1}{4}38\displaystyle \frac{3}{8}12\displaystyle \frac{1}{2}58\displaystyle \frac{5}{8}

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해설

[출제의도] 삼각함수의 극한 이해하기

ABD\angle \mathrm{ABD}=π2\displaystyle = \frac{\pi}{2}이므로 선분 AD\mathrm{AD}는 원의 지름이다. ECD\angle \mathrm{ECD}=π2\displaystyle = \frac{\pi}{2}, DAB\angle \mathrm{DAB}=CAD= \angle \mathrm{CAD}=θ2\displaystyle = \frac{\theta}{2} AB\displaystyle {\overline{\mathrm{AB}}}=10cosθ2\displaystyle = 10 \cos \frac{\theta}{2}, CD\displaystyle {\overline{\mathrm{CD}}}=BD\displaystyle = {\overline{\mathrm{BD}}}=10sinθ2\displaystyle = 10 \sin \frac{\theta}{2} AEB\angle \mathrm{AEB}=π2θ\displaystyle = \frac{\pi}{2} - \theta이므로 CDE\angle \mathrm{CDE}=θ= \theta CE\displaystyle {\overline{\mathrm{CE}}}=10sinθ2tanθ\displaystyle = 10 \sin \frac{\theta}{2} \tan \theta f(θ)f \left( \theta \right)=12×(10cosθ2)2×sinθ\displaystyle = \frac{1}{2} \times \left( 10 \cos \frac{\theta}{2} \right) ^{2} \times \sin \theta g(θ)g \left( \theta \right)=12×10sinθ2×10sinθ2tanθ\displaystyle = \frac{1}{2} \times 10 \sin \frac{\theta}{2} \times 10 \sin \frac{\theta}{2} \tan \theta limθ0+g(θ)θ2×f(θ)\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{g \left( \theta \right)}{\theta ^{2} \times f \left( \theta \right)}=limθ0+50sin2θ2tanθθ2×50cos2θ2sinθ\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{50 \sin ^{2} \frac{\theta}{2} \tan \theta}{\theta ^{2} \times 50 \cos ^{2} \frac{\theta}{2} \sin \theta} =limθ0+{1cos2θ2×sin2θ2tanθθ2×sinθ}\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \left\{ \frac{1}{\cos ^{2} \frac{\theta}{2}} \times \frac{\sin ^{2} \frac{\theta}{2} \tan \theta}{\theta ^{2} \times \sin \theta} \right\} =limθ0+{1×14×sin2θ2(θ2)2×tanθθ×θsinθ}\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \left\{ 1 \times \frac{1}{4} \times \frac{\sin ^{2} \frac{\theta}{2}}{\left( \frac{\theta}{2} \right) ^{2}} \times \frac{\tan \theta}{\theta} \times \frac{\theta}{\sin \theta} \right\}=14\displaystyle = \frac{1}{4}

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