수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

의예과 2번

문제

🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중
+50점 · 정사각형의 대각선의 교점을 O\displaystyle \mathrm O, 선분 AB\displaystyle AB의 중점을 E\displaystyle E, 선분 BC\displaystyle BC의 중점을 F\displaystyle F라고 하자. 이등변삼각형에서 내접원의 반지름을 r\displaystyle r, 이 삼각형의 넓이를 S\displaystyle S, 이 삼각형의 둘레의 길이를 L\displaystyle L이라고 하면, S=rL2\displaystyle S=r\frac L2를 만족하므로, 삼각형 HAB\displaystyle HAB 내접원의 반지름은 155\displaystyle \frac{\sqrt{15}}5이다. 점 P\displaystyle P는 선분 HE\displaystyle HE위에 있고, 선분 HP\displaystyle HP의 길이는 4155\displaystyle 4\frac{\sqrt{15}}5이 되어, HP22=125\displaystyle \left|\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2=\frac{12}5이다. x=OE,  y=OF,  z=OH\displaystyle \vec x=\overrightarrow{\mathrm{OE}},\;\vec y=\overrightarrow{\mathrm{OF}},\;\vec z=\overrightarrow{\mathrm{OH}}라고 하자(x=y=1,  z=14\displaystyle |\vec x|=|\vec y|=1,\;|\vec z|=\sqrt{14}). 점 P\displaystyle P는 선분 HE\displaystyle HE4:1\displaystyle 4:1로 내분하므로, OP=45x+15z\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OP}}=\frac45\vec x+\frac15\vec z이고, 마찬가지로 OQ=45y+15z\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OQ}}=\frac45\vec y+\frac15\vec z임을 알 수 있다. 선분 DB\displaystyle DB위의 임의의 점 R\displaystyle R에 대하여 OR=t(x+y)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OR}}=t(\vec x+\vec y)라고 하면(1t1\displaystyle -1\le t\le1), PR=(t45)x+ty15z,\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}=\left(t-\frac45\right)\vec x+t\vec y-\frac15\vec z, QR=tx+(t45)y15z\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{QR}}=t\vec x+\left(t-\frac45\right)\vec y-\frac15\vec z이므로, PRQR=2t(t45)+1425=2(t25)2+625\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}=2t\left(t-\frac45\right)+\frac{14}{25}=2\left(t-\frac25\right)^2+\frac6{25}이다. t1\displaystyle |t|\le1이므로 625PRQR10425\displaystyle \frac6{25}\le\overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}\le\frac{104}{25}이다.

정사각형의 대각선의 교점을 O\displaystyle \mathrm O, 선분 AB\displaystyle AB의 중점을 E\displaystyle E, 선분 BC\displaystyle BC의 중점을 F\displaystyle F라고 하자. 이등변삼각형에서 내접원의 반지름을 r\displaystyle r, 이 삼각형의 넓이를 S\displaystyle S, 이 삼각형의 둘레의 길이를 L\displaystyle L이라고 하면, S=rL2\displaystyle S=r\frac L2를 만족하므로, 삼각형 HAB\displaystyle HAB 내접원의 반지름은 155\displaystyle \frac{\sqrt{15}}5이다. 점 P\displaystyle P는 선분 HE\displaystyle HE위에 있고, 선분 HP\displaystyle HP의 길이는 4155\displaystyle 4\frac{\sqrt{15}}5이 되어, HP22=125\displaystyle \left|\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2=\frac{12}5이다.x=OE,  y=OF,  z=OH\displaystyle \vec x=\overrightarrow{\mathrm{OE}},\;\vec y=\overrightarrow{\mathrm{OF}},\;\vec z=\overrightarrow{\mathrm{OH}}라고 하자(x=y=1,  z=14\displaystyle |\vec x|=|\vec y|=1,\;|\vec z|=\sqrt{14}). 점 P\displaystyle P는 선분 HE\displaystyle HE4:1\displaystyle 4:1로 내분하므로, OP=45x+15z\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OP}}=\frac45\vec x+\frac15\vec z이고, 마찬가지로 OQ=45y+15z\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OQ}}=\frac45\vec y+\frac15\vec z임을 알 수 있다. 선분 DB\displaystyle DB위의 임의의 점 R\displaystyle R에 대하여 OR=t(x+y)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OR}}=t(\vec x+\vec y)라고 하면(1t1\displaystyle -1\le t\le1),PR=(t45)x+ty15z,\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}=\left(t-\frac45\right)\vec x+t\vec y-\frac15\vec z,QR=tx+(t45)y15z\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{QR}}=t\vec x+\left(t-\frac45\right)\vec y-\frac15\vec z이므로,PRQR=2t(t45)+1425=2(t25)2+625\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}=2t\left(t-\frac45\right)+\frac{14}{25}=2\left(t-\frac25\right)^2+\frac6{25}이다.t1\displaystyle |t|\le1이므로 625PRQR10425\displaystyle \frac6{25}\le\overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}\le\frac{104}{25}이다.

+40점 · PXHX=PX(HP+PX)=PX2+HPPX=PX+HP22HP22\displaystyle \begin{aligned}\overrightarrow{\mathrm{PX}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{HX}}&=\overrightarrow{\mathrm{PX}}\cdot(\overrightarrow{\mathrm{HP}}+\overrightarrow{\mathrm{PX}})\\&=|\overrightarrow{\mathrm{PX}}|^2+\overrightarrow{\mathrm{HP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PX}}=\left|\overrightarrow{\mathrm{PX}}+\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2-\left|\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2\end{aligned} 이므로 집합 S\displaystyle S가 공집합이 되기 위해서는 선분 DB\displaystyle DB위의 임의의 점 R\displaystyle R에 대하여 HP22+kPRQR<0\displaystyle \left|\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2+k\overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}<0이 되어야 한다. PRQR\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}는 양수이므로 k\displaystyle k는 음수가 되어야 한다. 따라서, PRQR\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}의 최솟값에서도 음수가 되어야 하므로, 구하는 범위는 125+k625<0\displaystyle \frac{12}5+k\frac6{25}<0, 즉, k<10\displaystyle k<-10이다.

PXHX=PX(HP+PX)=PX2+HPPX=PX+HP22HP22\displaystyle \begin{aligned}\overrightarrow{\mathrm{PX}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{HX}}&=\overrightarrow{\mathrm{PX}}\cdot(\overrightarrow{\mathrm{HP}}+\overrightarrow{\mathrm{PX}})\\&=|\overrightarrow{\mathrm{PX}}|^2+\overrightarrow{\mathrm{HP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PX}}=\left|\overrightarrow{\mathrm{PX}}+\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2-\left|\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2\end{aligned}이므로 집합 S\displaystyle S가 공집합이 되기 위해서는 선분 DB\displaystyle DB위의 임의의 점 R\displaystyle R에 대하여 HP22+kPRQR<0\displaystyle \left|\frac{\overrightarrow{\mathrm{HP}}}2\right|^2+k\overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}<0이 되어야 한다. PRQR\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}는 양수이므로 k\displaystyle k는 음수가 되어야 한다. 따라서, PRQR\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{QR}}의 최솟값에서도 음수가 되어야 하므로, 구하는 범위는 125+k625<0\displaystyle \frac{12}5+k\frac6{25}<0, 즉, k<10\displaystyle k<-10이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.