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

시계 삼각형 넓이 변화율

문제

그림과 같은 원모양의 시계가 있다. 시계의 중심을 O\mathrm{O}, 길이가 22인 시침의 끝점을 P\mathrm{P}, 길이가 33인 분침의 끝점을 Q\mathrm{Q}라 할 때, 삼각형 OPQ\mathrm{OPQ}의 넓이를 SS라 하자. 44시 정각이 되는 순간, 넓이 SS의 시간(분)에 대한 순간변화율은 qpπ\displaystyle \frac{q}{p} \pi이다. p+qp + q의 값을 구하시오. (단, ppqq는 서로소인 자연수이고, 세 점 O,P,Q\mathrm{O} , P , Q가 일직선 위에 있는 경우는 S=0S = 0으로 한다.) [4점]

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해설

분침의 속력 : 2π60=π30\displaystyle \frac{2 \pi}{60} = \frac{\pi}{30} 시침의 속력 : π660=π360\displaystyle \frac{\frac{\pi}{6}}{60} = \frac{\pi}{360} 33시 정각에서 tt(분) 후 분침과 시침이 이루는 각의 크기를 θ\theta라 할 때, 44시 정각 근처에서 θ=π30t(π2+π360t)=π30tπ2π360t\displaystyle \theta = \frac{\pi}{30} t - \left( \frac{\pi}{2} + \frac{\pi}{360} t \right) = \frac{\pi}{30} t - \frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{360} t POQ=2πθ\mathrm{\angle} POQ \mathit{=} 2 \pi - \theta이므로 S=12×2×3sin(2πθ)\displaystyle S = \frac{1}{2} \times 2 \times 3 \sin ( 2 \pi - \theta )=3cos11π360t\displaystyle \mathrm{=} 3 \cos \frac{11 \pi}{360} t dSdt=3×11π360×sin11π360t\displaystyle \frac{dS}{dt} = - 3 \times \frac{11 \pi}{360} \times \sin \frac{11 \pi}{360} t t=60t = 60일 때, dSdt=11240π\displaystyle \frac{dS}{dt} = \frac{11}{240} \pi \therefore p+q=251p + q = 251

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