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

원 접선 삼각형 극한

문제

그림과 같이 직선 y=(tanθ)xy = ( \tan \theta ) x가 원 C:x2+y2=4C : x ^{2} + y ^{2} = 4와 제1사분면에서 만나는 점을 PP라 하고, 점 PP에서의 원 CC의 접선이 xx축과 만나는 점을 QQ라 하자. 점 QQ를 지나고 xx축에 수직인 직선이 직선 y=(tanθ)xy = ( \tan \theta ) x와 만나는 점을 RR라 하고, 점 A(2,0)A ( 2 , 0 )에 대하여 삼각형 AQRAQR의 넓이를 f(θ)f ( \theta )라 하자. limθ0+f(θ)θ3\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{f ( \theta )}{\theta ^{3}}의 값은? (단, 0<θ<π2\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{2}이다.) [4점]

14\displaystyle \frac{1}{4}12\displaystyle \frac{1}{2}124

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해설

[출제의도] 수학 내적 문제 해결능력-삼각함수 직선 OPOP의 기울기가 tanθ\tan \theta이므로 POQ=θ,OQ=2cosθ\displaystyle \angle POQ = \theta , {\overline{OQ}} = \frac{2}{\cos \theta}QQ의 좌표는 Q(2cosθ,0)\displaystyle Q \left( \frac{2}{\cos \theta} , 0 \right)이므로 점 RR의 좌표는 R(2cosθ,2tanθcosθ)\displaystyle R \left( \frac{2}{\cos \theta} , \frac{2 \tan \theta}{\cos \theta} \right) OA=2\displaystyle {\overline{OA}} = 2이므로 f(θ)=12(2cosθ2)×2tanθcosθ\displaystyle f ( \theta ) = \frac{1}{2} \left( \frac{2}{\cos \theta} - 2 \right) \times \frac{2 \tan \theta}{\cos \theta}=2(1cosθ)tanθcos2θ\displaystyle = \frac{2 ( 1 - \cos \theta ) \tan \theta}{\cos ^{2} \theta} 따라서 limθ0+f(θ)θ3\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{f ( \theta )}{\theta ^{3}} =limθ0+2(1cosθ)tanθθ3×cos2θ\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \frac{2 ( 1 - \cos \theta ) \tan \theta}{\theta ^{3} \times \cos ^{2} \theta} =limθ0+{2×1cos2θθ2(1+cosθ)×tanθθ×1cos2θ}\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \left\{ 2 \times \frac{1 - \cos ^{2} \theta}{\theta ^{2} ( 1 + \cos \theta )} \times \frac{\tan \theta}{\theta} \times \frac{1}{\cos ^{2} \theta} \right\} =limθ0+(2×sin2θθ2×11+cosθ×tanθθ×1cos2θ)\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow 0 +} {} \left( 2 \times \frac{\sin ^{2} \theta}{\theta ^{2}} \times \frac{1}{1 + \cos \theta} \times \frac{\tan \theta}{\theta} \times \frac{1}{\cos ^{2} \theta} \right) =2×1×12×1×1=1\displaystyle = 2 \times 1 \times \frac{1}{2} \times 1 \times 1 = 1

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