아주대 2022학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/ajou/2022su_am/jayeon_2
문제
[문항 2] (50점) 다음 제시문을 읽고 논제에 답하라.
양수 에 대해, 중심이 점 인 원이 아래 그림과 같이 에서 정의된 두 곡선 , 과 각각 한 점에서만 만난다. 이때 원의 반지름을 이라고 하고 원과 곡선 이 만나는 점을 라고 하자.

점 이 축을 따라 원점으로 다가갈수록 원의 반지름 은 작아지고, 와 도 작아진다. 즉, 세 양수 는 에 의존하여 변한다. 특히, 점 는 다음의 식을 만족함이 알려져 있다. 또는 --- ㉠식 ㉠과 를 이용하면를 얻는다. 는 양수이므로 이어야 한다. 그러므로 이 된다.
[문제 2-1] (10점)원의 중심 과 점 를 잇는 선분을 이라 하고 과 축이 이루는 예각을 (라디안)이라고 하자. 가 0에 한없이 가까워질 때, 가 에 한없이 가까워짐을 보여라.
[문제 2-2] (20점)에 대하여 다음의 물음에 답하라.(1) 을 를 포함하지 않는 만의 식으로 나타내라.(2) 이 정수가 되는 을 모두 구하라.
[문제 2-3] (20점)제시문과 [문제 2-1]을 참고하여 다음의 물음에 답하라.(1) 축에 대하여 선분 과 대칭인 선분을 라 하자. 에서 정의된 두 곡선 , 과 두 선분 로 둘러싸인 영역의 넓이를 라 하자. 를 를 포함하지 않는 만의 식으로 나타내라.(2) (1)에서 서술한 영역 중 원 내부에 포함된 부분의 넓이를 라 할 때, 을 구하라.
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[문제 2-1] (10점)식 ㉠을 이용하면이고 이 된다.
이고 이므로 사인함수의 연속성에 의하여 이다.
[문제 2-2] (20점)(1) 점 와 점 사이의 거리가 원의 반지름 이다. 이와 함께 식 ㉠과 점 가 포물선 위에 있다는 것을 이용하면 식을 얻는다.
위 식과 식 를 이용하면의 식을 얻게 된다.
(2) 에 따라 다음의 극한을 관찰할 수 있다. .
.
.
.따라서 문제에서 구하는 답은 2이상의 정수가 된다.
[문제 2-3] (20점)(1) 관찰을 통해 임을 알 수 있다.
따라서, 식 ㉠과 점 가 포물선 위에 있다는 것에 의하여 식을 얻는다.
(2) 부채꼴의 넓이의 공식을 이용하면 이다.
따라서 를 이용하면의 극한값을 얻게 된다.
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