아주대 2018학년도 수시 의학계 1번 · mathesis.kr/archive/ajou/2018su/uihak_1
[문제 1-1]두 식을 연립하면 (x+1)(x−1+4c1)=0이다.(−1,0) 이외의 교점이 존재하려면 −1<1−4c1<1이어야 하므로 c>81.이때 교점은 (1−4c1,±4c8c−1)이다.
[문제 1-2](1) 접점에서는 y=0이므로 두 접선의 기울기를 비교하면 −yx=8cy1. 따라서 a=−8c1이다.(2) ∣a∣≤1에서 c≥81이다. 다만 c=81이면 접점이 (−1,0)이고 p=−1이 되어 p<−1에 어긋나므로, 실제 접점이 존재하려면 c>81이어야 한다.(3) 접점의 좌표는 (−8c1,±8c64c2−1)이고, 포물선의 식에 대입하면 p=−4c−16c1이다.
[문제 1-3]교점의 x좌표는 p=x−4c+4cx2와 −1≤x≤1을 만족한다.F(x)=4cx2+x−4c라 하면 F(−1)=−1, F(1)=1이고, 꼭짓점의 x좌표는 −8c1이다.−1<x<1인 근 하나에서는 교점이 두 개, x=±1인 근 하나에서는 교점이 한 개 생긴다.
(i) 0<c≤81이면 F는 [−1,1]에서 증가한다. 따라서 p=−1이면 교점은 한 개, p<−1이면 교점은 없다.(ii) c>81이면 구간 내부에서 최솟값 m=−4c−16c1<−1을 갖는다. 따라서 p<m이면 0개, p=m이면 2개, m<p<−1이면 4개, p=−1이면 3개이다.
[문제 1-4]두 쌍곡선의 식에서 y2=x2−1을 대입하면(b2−a2)x2−2b2px+b2p2+a2(1−b2)=0이다.이 식을 만족하는 서로 다른 실근 중 ∣x∣>1인 근 하나에서는 교점이 두 개, ∣x∣=1인 근 하나에서는 교점이 한 개 생긴다. ∣x∣<1인 근에서는 교점이 생기지 않는다.
(i) x축 위에서 접하는 경우접점을 (s,0)이라 하면 s=±1이고 (s−p)2=a2이므로p=s±a, 즉 p=±1±a이다.역으로 이 조건이면 두 쌍곡선은 (s,0)을 지나고 접선이 모두 x=s이므로 그 점에서 접한다.
a=b일 때 A=b2−a2, r=A2b2p−s라 하면 위 이차식의 두 근은 s,r이다.따라서 접점을 포함한 모든 교점의 개수는 다음과 같다.r=s 또는 ∣r∣<1이면 1개,r=−s이면 2개,∣r∣>1이면 3개이다.r=s인 중근은 하나의 x좌표이므로 한 번만 센다.
a=b이고 p=0이면 연립식은 일차식이 되어 x=s만 가능하므로 교점은 한 개이다.a=b이고 p=0이면 접점이 존재하는 경우는 a=b=1뿐이며, 이때 두 쌍곡선은 일치한다. 이는 서로 다른 두 곡선의 접촉과 구분하며, 교점은 무한히 많다.
(ii) x축 밖에서 접하는 경우접점을 (t,u)라 하면 u=0이다. 두 접선의 기울기가 같아야 하므로ut=a2ub2(t−p), 즉 (b2−a2)t=b2p이다.a=b이면 p=0이고, 교점이 존재하려면 a=b=1이므로 위에서 다룬 일치하는 경우뿐이다.
이제 A=b2−a2=0이라 하면 t=Ab2p이다.이를 연립식에 대입하면 b2p2=A(1−b2)이고, 이 조건에서t2−1=b2Aa2−b4이다.축 밖의 접점이 존재하려면 t2−1>0이어야 한다.
A>0이면 a<b이고 a>b2이어야 하므로 b2<a<b이다.A<0이면 a>b이고 a<b2이어야 하므로 b<a<b2이다.두 경우 모두 b2A(1−b2)>0이므로, 축 밖에서 접할 필요충분조건은b2<a<b 또는 b<a<b2이고, p2=b2(b2−a2)(1−b2)인 것이다.
이때 연립식은 A(x−t)2=0이 되므로 가능한 x좌표는 t 하나뿐이다.따라서 두 교점(b2−a2b2p,±b2(b2−a2)a2−b4)모두에서 접하고, 다른 교점은 없다.
예를 들어 a=3, b=2, p=215이면 접점은(−5215,±535)이고 교점은 이 두 개뿐이다. 이 경우는 p=±1±a에 포함되지 않는다.