미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

원주각 호 길이 급수

문제

반지름의 길이가 22인 원 위의 점 P\mathrm{P} 에 대하여 A0PA1=π6\displaystyle \angle \mathrm{A} _{0} PA _{1} = \frac{\pi}{6}, A1PA2=π18\displaystyle \angle \mathrm{A} _{1} PA _{2} = \frac{\pi}{18}, A2PA3=π54\displaystyle \angle \mathrm{A} _{2} PA _{3} = \frac{\pi}{54},… 이 되도록 점 A0\mathrm{A} _{0}, A1\mathrm{A} _{1}, A2\mathrm{A} _{2},…을 잡을 때, A0A1\frown {\mathrm{A} _{0} A _{1}}, A1A2\frown {\mathrm{A} _{1} A _{2}}, A2A3\frown {\mathrm{A} _{2} A _{3}},…의 길이를 각각 l1,l2,l3,l _{1} , l _{2} , l _{3} , \cdots라 하자. 이 때, n=1ln\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} l _{n}의 값은? [4점]

π2\displaystyle \frac{\pi}{2}π\pi32π\displaystyle \frac{3}{2} \pi2π2 \pi52π\displaystyle \frac{5}{2} \pi

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해설

l1=2π3=23π\displaystyle l _{1} = 2 \cdot \frac{\pi}{3} = \frac{2}{3} \pi, l2=2π9=29π\displaystyle l _{2} = 2 \cdot \frac{\pi}{9} = \frac{2}{9} \pi, l3=2π27=227π\displaystyle l _{3} = 2 \cdot \frac{\pi}{27} = \frac{2}{27} \pi, … 따라서 ln=23π(13)n1\displaystyle l _{n} = \frac{2}{3} \pi \left( \frac{1}{3} \right) ^{n - 1} n=1ln=23π113=π\displaystyle \therefore \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} l _{n} = \frac{\frac{2}{3} \pi}{1 - \frac{1}{3}} = \pi

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