+4점 · (1) 기울기 f ( t ) \displaystyle f(t) f ( t ) 가 − 3 \displaystyle -3 − 3 임을 관찰하여 − 5 2 + sin 2 π t = − 3 \displaystyle -\frac52+\sin2\pi t=-3 − 2 5 + sin 2 π t = − 3 을 쓴 경우 [문제 2-1] (1) 점 B의 좌표가 ( 10 2 , 0 ) \displaystyle \left(\frac{\sqrt{10}}2,0\right) ( 2 10 , 0 ) 이고 점 A는 직선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 과 y \displaystyle y y 축의 교점이므로 직선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 의 기울기 f ( t ) \displaystyle f(t) f ( t ) 가 − 3 \displaystyle -3 − 3 일 때 A B ‾ = 5 \displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=5 AB = 5 임을 알 수 있다. 0 ≤ t ≤ 2 \displaystyle 0\le t\le2 0 ≤ t ≤ 2 인 실수 t \displaystyle t t 에서 − 1 4 t − 2 > − 3 \displaystyle -\frac14t-2>-3 − 4 1 t − 2 > − 3 이므로 − 5 2 + sin 2 π t = − 3 \displaystyle -\frac52+\sin2\pi t=-3 − 2 5 + sin 2 π t = − 3 을 만족시키는 t \displaystyle t t 의 값을 2 < t ≤ 4 \displaystyle 2<t\le4 2 < t ≤ 4 범위에서 모두 구하면 된다.
+4점 · (2) 이를 이용하여 t \displaystyle t t 구함 따라서 t = 31 12 \displaystyle t=\frac{31}{12} t = 12 31 , t = 35 12 \displaystyle t=\frac{35}{12} t = 12 35 , t = 43 12 \displaystyle t=\frac{43}{12} t = 12 43 , t = 47 12 \displaystyle t=\frac{47}{12} t = 12 47 이다.
+2점 · (1) 점 A와 P의 좌표를 구함 (2) 각 ABP의 크기를 β \displaystyle \beta β 라 하자. t = 0 \displaystyle t=0 t = 0 일 때, 점 A, B, P의 좌표는 각각 ( 0 , 2 5 ) \displaystyle (0,2\sqrt5) ( 0 , 2 5 ) , ( 5 , 0 ) \displaystyle (\sqrt5,0) ( 5 , 0 ) , ( 5 + s 17 , 4 s 17 ) \displaystyle \left(\sqrt5+\frac s{\sqrt{17}},\frac{4s}{\sqrt{17}}\right) ( 5 + 17 s , 17 4 s ) 이므로
+4점 · (2) tan β \displaystyle \tan\beta tan β 를 구하고 sin β \displaystyle \sin\beta sin β 를 구함 tan β = ( − 2 ) − 4 1 + ( − 2 ) × 4 = 6 7 , \displaystyle \tan\beta=\frac{(-2)-4}{1+(-2)\times4}=\frac67, tan β = 1 + ( − 2 ) × 4 ( − 2 ) − 4 = 7 6 , sin β = 6 85 , \displaystyle \sin\beta=\frac6{\sqrt{85}}, sin β = 85 6 , A P ‾ = ( 5 + s 17 ) 2 + ( 2 5 − 4 s 17 ) 2 \displaystyle \overline{\mathrm{AP}}=\sqrt{\left(\sqrt5+\frac s{\sqrt{17}}\right)^2+\left(2\sqrt5-\frac{4s}{\sqrt{17}}\right)^2} AP = ( 5 + 17 s ) 2 + ( 2 5 − 17 4 s ) 2 임을 알 수 있다.
+4점 · (3) R \displaystyle R R 을 구하고 극한값을 올바르게 구함 사인법칙에 의해 R = A P ‾ 2 sin β = 85 12 ( 5 + s 17 ) 2 + ( 2 5 − 4 s 17 ) 2 \displaystyle R=\frac{\overline{\mathrm{AP}}}{2\sin\beta}=\frac{\sqrt{85}}{12}\sqrt{\left(\sqrt5+\frac s{\sqrt{17}}\right)^2+\left(2\sqrt5-\frac{4s}{\sqrt{17}}\right)^2} R = 2 sin β AP = 12 85 ( 5 + 17 s ) 2 + ( 2 5 − 17 4 s ) 2 이다. 따라서 lim s → 0 + R = 85 12 lim s → 0 + ( 5 + s 17 ) 2 + ( 2 5 − 4 s 17 ) 2 = 5 85 12 \displaystyle \lim_{s\to0^+}R=\frac{\sqrt{85}}{12}\lim_{s\to0^+}\sqrt{\left(\sqrt5+\frac s{\sqrt{17}}\right)^2+\left(2\sqrt5-\frac{4s}{\sqrt{17}}\right)^2}=\frac{5\sqrt{85}}{12} s → 0 + lim R = 12 85 s → 0 + lim ( 5 + 17 s ) 2 + ( 2 5 − 17 4 s ) 2 = 12 5 85 이다.
(3) (2)에서 정의된 β \displaystyle \beta β 에 대해 tan β = f ( t ) − g ( t ) 1 + f ( t ) g ( t ) ( 0 ≤ t ≤ 4 ) \displaystyle \tan\beta=\frac{f(t)-g(t)}{1+f(t)g(t)}\quad(0\le t\le4) tan β = 1 + f ( t ) g ( t ) f ( t ) − g ( t ) ( 0 ≤ t ≤ 4 ) 이다.
+3점 · (1) 0 ≤ t ≤ 2 \displaystyle 0\le t\le2 0 ≤ t ≤ 2 인 경우 tan β \displaystyle \tan\beta tan β 의 최솟값을 올바르게 구함 ① 0 ≤ t ≤ 2 \displaystyle 0\le t\le2 0 ≤ t ≤ 2 인 경우 tan β = ( − 1 4 t − 2 ) − 4 1 + ( − 1 4 t − 2 ) × 4 = 1 4 ( 1 + 17 t + 7 ) \displaystyle \tan\beta=\frac{\left(-\frac14t-2\right)-4}{1+\left(-\frac14t-2\right)\times4}=\frac14\left(1+\frac{17}{t+7}\right) tan β = 1 + ( − 4 1 t − 2 ) × 4 ( − 4 1 t − 2 ) − 4 = 4 1 ( 1 + t + 7 17 ) 이다. 닫힌구간 [ 0 , 2 ] \displaystyle [0,2] [ 0 , 2 ] 에서 1 4 ( 1 + 17 t + 7 ) ≥ 1 4 ( 1 + 17 2 + 7 ) = 13 18 \displaystyle \frac14\left(1+\frac{17}{t+7}\right)\ge\frac14\left(1+\frac{17}{2+7}\right)=\frac{13}{18} 4 1 ( 1 + t + 7 17 ) ≥ 4 1 ( 1 + 2 + 7 17 ) = 18 13 이므로 tan β ≥ 13 18 \displaystyle \tan\beta\ge\frac{13}{18} tan β ≥ 18 13 이다.
+3점 · (2) 2 < t ≤ 3 \displaystyle 2<t\le3 2 < t ≤ 3 인 경우 tan β \displaystyle \tan\beta tan β 의 최솟값을 올바르게 구함 ② 2 < t ≤ 3 \displaystyle 2<t\le3 2 < t ≤ 3 인 경우 tan β = ( − 5 2 + sin 2 π t ) − 4 1 + ( − 5 2 + sin 2 π t ) × 4 = 1 4 ( 1 + 17 9 − 4 sin 2 π t ) \displaystyle \tan\beta=\frac{\left(-\frac52+\sin2\pi t\right)-4}{1+\left(-\frac52+\sin2\pi t\right)\times4}=\frac14\left(1+\frac{17}{9-4\sin2\pi t}\right) tan β = 1 + ( − 2 5 + sin 2 π t ) × 4 ( − 2 5 + sin 2 π t ) − 4 = 4 1 ( 1 + 9 − 4 sin 2 π t 17 ) 이고 4 sin 2 π t ≥ 4 sin ( 2 π × 11 4 ) = − 4 \displaystyle 4\sin2\pi t\ge4\sin\left(2\pi\times\frac{11}4\right)=-4 4 sin 2 π t ≥ 4 sin ( 2 π × 4 11 ) = − 4 이므로 tan β ≥ 15 26 \displaystyle \tan\beta\ge\frac{15}{26} tan β ≥ 26 15 이다.
+4점 · (3) 3 < t ≤ 4 \displaystyle 3<t\le4 3 < t ≤ 4 인 경우 tan β \displaystyle \tan\beta tan β 의 최솟값을 올바르게 구함 ③ 3 < t ≤ 4 \displaystyle 3<t\le4 3 < t ≤ 4 인 경우 tan β = ( − 5 2 ) − 4 1 + ( − 5 2 + sin 2 π t ) × ( 4 + sin 2 π t ) = 13 2 − sin 2 2 π t − 3 2 sin 2 π t + 9 \displaystyle \tan\beta=\frac{\left(-\frac52\right)-4}{1+\left(-\frac52+\sin2\pi t\right)\times(4+\sin2\pi t)}=\frac{\frac{13}2}{-\sin^22\pi t-\frac32\sin2\pi t+9} tan β = 1 + ( − 2 5 + sin 2 π t ) × ( 4 + sin 2 π t ) ( − 2 5 ) − 4 = − sin 2 2 π t − 2 3 sin 2 π t + 9 2 13 이고 − sin 2 2 π t − 3 2 sin 2 π t + 9 = − ( sin 2 π t + 3 4 ) 2 + 153 16 ≤ 153 16 \displaystyle -\sin^22\pi t-\frac32\sin2\pi t+9=-\left(\sin2\pi t+\frac34\right)^2+\frac{153}{16}\le\frac{153}{16} − sin 2 2 π t − 2 3 sin 2 π t + 9 = − ( sin 2 π t + 4 3 ) 2 + 16 153 ≤ 16 153 이므로 tan β ≥ 104 153 \displaystyle \tan\beta\ge\frac{104}{153} tan β ≥ 153 104 이다.
+2점 · (4) 답을 올바르게 구함 ①, ②, ③으로부터 tan β > 0 \displaystyle \tan\beta>0 tan β > 0 이므로 β \displaystyle \beta β 는 예각임을 알 수 있다. 각 ABP의 크기 β \displaystyle \beta β 의 최솟값이 θ \displaystyle \theta θ 이므로 tan θ = 15 26 \displaystyle \tan\theta=\frac{15}{26} tan θ = 26 15 이다.
+4점 · (1) 두 직선이 이루는 각 α \displaystyle \alpha α 를 올바르게 구함 [문제 2-2] (1) 점 ( 0 , − 5 ) \displaystyle (0,-5) ( 0 , − 5 ) 를 지나고 기울기 m \displaystyle m m 이 2 \displaystyle 2 2 , 5 3 − 8 \displaystyle 5\sqrt3-8 5 3 − 8 인 직선을 각각 L 1 \displaystyle L_1 L 1 , L 2 \displaystyle L_2 L 2 라 하자. 두 직선이 이루는 예각의 크기를 α \displaystyle \alpha α 라 하면 tan α = 2 − ( 5 3 − 8 ) 1 + 2 ( 5 3 − 8 ) = 2 − 3 2 3 − 3 = 3 3 \displaystyle \tan\alpha=\frac{2-(5\sqrt3-8)}{1+2(5\sqrt3-8)}=\frac{2-\sqrt3}{2\sqrt3-3}=\frac{\sqrt3}3 tan α = 1 + 2 ( 5 3 − 8 ) 2 − ( 5 3 − 8 ) = 2 3 − 3 2 − 3 = 3 3 이다.
+4점 · (2) 원주각의 성질을 이용하여 ∠ Q 1 O Q 2 \displaystyle \angle\mathrm{Q}_1\mathrm{OQ}_2 ∠ Q 1 OQ 2 을 구하고 호의 길이를 구함 따라서 ∠ Q 1 O Q 2 = π 3 \displaystyle \angle\mathrm{Q}_1\mathrm{OQ}_2=\frac\pi3 ∠ Q 1 OQ 2 = 3 π 이고 호의 길이는 5 × π 3 = 5 3 π \displaystyle 5\times\frac\pi3=\frac53\pi 5 × 3 π = 3 5 π 이다.
+4점 · (1) 접점 Q를 구하여 접선의 방정식을 올바르게 구함 (2) 점 ( 0 , − 5 ) \displaystyle (0,-5) ( 0 , − 5 ) 를 지나고 기울기 m \displaystyle m m 인 직선의 방정식은 y = m x − 5 \displaystyle y=mx-5 y = m x − 5 이므로 점 Q의 좌표는 ( 10 m 1 + m 2 , 5 ( m 2 − 1 ) 1 + m 2 ) \displaystyle \left(\frac{10m}{1+m^2},\frac{5(m^2-1)}{1+m^2}\right) ( 1 + m 2 10 m , 1 + m 2 5 ( m 2 − 1 ) ) 이다. 원 C \displaystyle C C 위의 점 Q에서의 접선의 방정식은 10 m 1 + m 2 x + 5 ( m 2 − 1 ) 1 + m 2 y = 25 \displaystyle \frac{10m}{1+m^2}x+\frac{5(m^2-1)}{1+m^2}y=25 1 + m 2 10 m x + 1 + m 2 5 ( m 2 − 1 ) y = 25 이고,
+4점 · (2) 삼각형의 넓이 S ( m ) \displaystyle S(m) S ( m ) 을 올바르게 구함 S ( m ) = 1 2 × 5 ( 1 + m 2 ) 2 m × 5 ( 1 + m 2 ) m 2 − 1 = 25 ( m 2 + 1 ) 2 4 m ( m 2 − 1 ) \displaystyle S(m)=\frac12\times\frac{5(1+m^2)}{2m}\times\frac{5(1+m^2)}{m^2-1}=\frac{25(m^2+1)^2}{4m(m^2-1)} S ( m ) = 2 1 × 2 m 5 ( 1 + m 2 ) × m 2 − 1 5 ( 1 + m 2 ) = 4 m ( m 2 − 1 ) 25 ( m 2 + 1 ) 2 이다.
+4점 · (3) α \displaystyle \alpha α 와 극한값을 올바르게 구함 따라서 lim m → ∞ S ( m ) m α \displaystyle \lim_{m\to\infty}\frac{S(m)}{m^\alpha} m → ∞ lim m α S ( m ) 이 0 \displaystyle 0 0 이 아닌 실수로 존재하기 위한 α \displaystyle \alpha α 의 값은 1 \displaystyle 1 1 이고 이때의 극한값은 25 4 \displaystyle \frac{25}4 4 25 이다.