(ㄱ) [좌표평면 위의 두 점 사이의 거리] 좌표평면 위의 두 점 A(x1,y1),B(x2,y2)사이의 거리는 다음과 같다.
AB=(x2−x1)2+(y2−y1)2
(ㄴ) 실수 a,b에 대하여 다음 조건을 모두 만족하는 점 (a,b)전체의 집합을 E라고 하자.
i)b=0
ii)점 P(0,0),Q(a,b),R(a+b,0)는 반지름이 1인 동일한 원 위에 있다.
(ㄷ) 제시문 (ㄴ)의 집합 E에 속한 점 (x,y)와 점 S(−2,1)사이의 거리의 최솟값을 m이라고 하자.
[논제 1] (20점) 제시문 (ㄴ)의 집합 E에 속한 모든 점을 좌표평면 위에 나타내고 그 근거를 논술하시오.
[논제 2] (20점) 제시문 (ㄷ)의 m을 구하고 그 근거를 논술하시오.
해설강의 준비중
가톨릭대 2018학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/catholic/2018su/jayeon_3
+5점
우선 b=0이므로 P=Q이고 Q=R이다. 그러므로 P=R(a+b=0)인 경우와 P=R(a+b=0)인 경우로 나누어서 생각한다.1) a+b=0인 경우제시문 (ㄴ)의 세 점 P,Q,R을 지나는 원은 삼각형 △PQR의 외접원이다. 따라서 원의 중심은 선분 PQ의 수직이등분선과 PR의 수직이등분선의 교점이다. 선분 PQ의 수직이등분선은 a=0인 경우 y=−ba(x−2a)+2b, a=0인 경우 y=2b이다. 즉 y=−ba(x−2a)+2b이다. 선분 PR의 수직이등분선이 x=2a+b이므로 세 점을 지나는 원의 중심은 (2a+b,−2a−b)이다. 외접원의 반지름이 1이므로 실수 a,b가 만족하는 식은(2a+b)2+(2a−b)2=1.즉,a2+b2=2(단, a+b=0,b=0).
+5점
2) a+b=0인 경우반지름이 1인 원이 좌표평면 위의 두 점을 지나기 위해서는 두 점 사이의 거리가 2이하면 된다. 따라서 a의 범위는 다음과 같다.∣PQ∣=a2+b2=a2+(−a)2=2∣a∣≤2.(∗)그러므로 제시문 (ㄴ)의 조건 i)와 부등식 (*)에 의해a+b=0(−2≤a<0,0<a≤2)
+10점
1), 2)의 경우에 의해서 집합 E에 속한 모든 점을 좌표평면 위에 나타내면 다음과 같다.
+5점
제시문 (ㄱ)에 의해서 E의 한 점 (x,y)와 점 S사이의 거리 l은 다음과 같다.l=(x+2)2+(y−1)2(단, (x,y)∈E)1) 점 (x,y)가 x2+y2=2 (단, y=0)을 만족하는 경우원 x2+y2=2의 중심을 O라고 하자. 점 S가 원 x2+y2=2의 외부에 있으므로, y=0인 원 x2+y2=2위의 점 (x,y)와 점 S사이의 거리는 점 (x,y)가 선분 OS와 원 x2+y2=2(y=0)의 교점일 때 최소가 된다. 점 S의 y좌표가 0이 아니므로 원 x2+y2=2(y=0)교점이 존재하고 이 때의 거리는 다음과 같다.m1=3−2
+5점
2) 점 (x,y)가 x+y=0 (단, 0<∣x∣≤2)을 만족하는 경우l=(x+2)2+(y−1)2=(x+2)2+(x+1)2=2(x+22+1)2+23−2여기서 −2≤−22+1<0이므로 거리의 최솟값은 다음과 같다.m2=23−2=1−22
+10점
1), 2)에 의해서 m은 m1=3−2와 m2=1−22 중 작은 값이 된다.한편 m1−m2=3−(1+22)이고,(1+22)2=23+2<23+49=3=(3)2이다.그러므로 m1>m2이다. 따라서 m=m2=1−22이다.