수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중

1. A마을과 B마을을 초점으로 하고 두 마을까지의 거리의 합이 5t\displaystyle 5t인 지점들로 이루어지는 타원을 생각하자. 타원의 안쪽에 있는 지역은 이 사람이 t\displaystyle t시간 안에 들렀다가 B마을에 도착하는 것이 가능하고 이 타원의 밖에 있는 지역은 t\displaystyle t시간 안에 도달했다가 여행을 마칠 수 없다. 따라서, A마을과 B마을을 촛점으로 하고 이 두 마을까지의 거리의 합이 5t\displaystyle 5t인 타원의 안쪽이다.

2. 문항 1의 타원은 t\displaystyle t가 커질수록 중심이 두 마을의 중간지점을 중심으로 하고 반지름 52t\displaystyle \frac52t인 원과 비슷해지므로 A(t)π(52t)2\displaystyle A(t)\approx\pi(\frac52t)^2이다. limtA(t)t2=254π\displaystyle \lim_{t\to\infty}\frac{A(t)}{t^2}=\frac{25}4\pi.

3. 촛점 사이의 거리가 10km, 2d=20\displaystyle 2d=20km인 타원의 넓이이다.xy\displaystyle xy-평면에서 촛점 (1,0),(1,0), 2d=4\displaystyle (-1,0),(1,0),\ 2d=4인 타원의 식은 x222+y23=1\displaystyle \frac{x^2}{2^2}+\frac{y^2}3=1이다.곡선 y=31x24, 0x2\displaystyle y=\sqrt3\sqrt{1-\frac{x^2}4},\ 0\le x\le2x\displaystyle x-축 사이의 넓이 A\displaystyle A를 4배한 것이 이 타원의 넓이이다.A=3021x24dx\displaystyle A=\sqrt3\int_0^2\sqrt{1-\frac{x^2}4}\,dx이다. x=2sinθ, 0θπ2\displaystyle x=2\sin\theta,\ 0\le\theta\le\frac\pi2로 치환하면,dx=2cosθ\displaystyle dx=2\cos\theta이므로 A=30π22cos2θdθ=30π2(1+cos2θ)dθ=3π2\displaystyle A=\sqrt3\int_0^{\frac\pi2}2\cos^2\theta\,d\theta=\sqrt3\int_0^{\frac\pi2}(1+\cos2\theta)d\theta=\frac{\sqrt3\pi}2.Correction. 치환을 미분한 식에 dθ\displaystyle d\theta가 빠졌다. 바른 식은 dx=2cosθdθ\displaystyle dx=2\cos\theta\,d\theta이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.따라서 이 타원의 넓이는 23π\displaystyle 2\sqrt3\pi이고, 보물이 숨겨져 있을 가능성이 있는 지역의 넓이는 503π\displaystyle 50\sqrt3\pi km² 이다.

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