수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3-1번

문제

[문제 3] 다음 제시문 (가) - (라)를 읽고 문제에 답하시오.

(가) 점 (x1,y1)\displaystyle (x_1,y_1)과 직선 ax+by+c=0\displaystyle ax+by+c=0 사이의 거리는 ∣ax1+by1+c∣a2+b2\displaystyle \frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}이다.

(나) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 어떤 열린구간에서 미분가능하고, 이 구간에 속하는 모든 x\displaystyle x에 대하여 f′(x)>0\displaystyle f^{\prime}(x)>0이면 f(x)\displaystyle f(x)는 이 구간에서 증가하고 f′(x)<0\displaystyle f^{\prime}(x)<0이면 감소한다.

(다) 함수 g(x)\displaystyle g(x)가 x=p\displaystyle x=p에서 미분가능하고 x=p\displaystyle x=p에서 극값을 가지면 g′(p)=0\displaystyle g^{\prime}(p)=0이다.

(라) 두 함수 u(x)\displaystyle u(x), v(x)\displaystyle v(x)에 대하여 lim⁡x→∞u(x)=α\displaystyle \lim_{x\to\infty}u(x)=\alpha, lim⁡x→∞v(x)=β\displaystyle \lim_{x\to\infty}v(x)=\beta (α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta는 실수)일 때, 다음의 식이 성립한다.

• lim⁡x→∞{u(x)±v(x)}=α±β\displaystyle \lim_{x\to\infty}\{u(x)\pm v(x)\}=\alpha\pm\beta

• lim⁡x→∞ku(x)=kα\displaystyle \lim_{x\to\infty}ku(x)=k\alpha (단, k\displaystyle k는 상수)

• lim⁡x→∞u(x)v(x)=αβ\displaystyle \lim_{x\to\infty}u(x)v(x)=\alpha\beta

• lim⁡x→∞u(x)v(x)=αβ\displaystyle \lim_{x\to\infty}\frac{u(x)}{v(x)}=\frac\alpha\beta (단, β≠0\displaystyle \beta\ne0)

[문제 3-1] 직선 x+2y+1=0\displaystyle x+2y+1=0과 직선 2x+y−2=0\displaystyle 2x+y-2=0에 동시에 접하고 점 (-2, 3)을 통과하는 원은 두 개이다. 이 두 원의 교점을 연결한 선분의 길이를 구하시오. [10점]

해설강의 준비중

[문제 3-1]

+4점 · 직선 x−y−3=0\displaystyle x-y-3=0와 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0을 얻으면

두 직선 x+2y+1=0\displaystyle x+2y+1=0, 2x+y−2=0\displaystyle 2x+y-2=0으로부터 같은 거리에 있는 점 P(x,y)\displaystyle (x,y)가 나타내는 도형은 이 두 직선의 각의 이등분선이다.

점 P(x,y)\displaystyle (x,y)가 나타내는 도형의 방정식은 ∣x+2y+1∣12+22=∣2x+y−2∣22+12\displaystyle \frac{|x+2y+1|}{\sqrt{1^2+2^2}}=\frac{|2x+y-2|}{\sqrt{2^2+1^2}}에서 직선 x−y−3=0\displaystyle x-y-3=0 또는 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0임을 알 수 있다. 따라서 문제에서 주어진 두 원의 중심은 모두 직선 x−y−3=0\displaystyle x-y-3=0 위에 있거나 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0 위에 있다.

+2점 · 두 원의 중심이 모두 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0 위에 있음을 보이면

한편, 두 직선 x+2y+1=0\displaystyle x+2y+1=0, 2x+y−2=0\displaystyle 2x+y-2=0은 좌표평면을 네 개의 영역으로 분할하고, 점 (−2,3)\displaystyle (-2,3)은 두 부등식 x+2y+1>0\displaystyle x+2y+1>0, 2x+y−2<0\displaystyle 2x+y-2<0을 동시에 만족하는 영역에 속한다. 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0 위의 한 점 (13,0)\displaystyle \left(\frac13,0\right)이 이 두 부등식을 만족하므로 두 원의 중심은 모두 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0 위에 있다.

+4점 · 공통현의 길이 223\displaystyle \frac{2\sqrt2}3를 구하면

점 (−2,3)\displaystyle (-2,3)와 직선 3x+3y−1=0\displaystyle 3x+3y-1=0 사이의 거리는 ∣−6+9−1∣32+32=23\displaystyle \frac{|-6+9-1|}{\sqrt{3^2+3^2}}=\frac{\sqrt2}3이고 두 원의 공통현의 길이의 반이다. 따라서 공통현의 길이는 223\displaystyle \frac{2\sqrt2}3이다.

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 1~2점의 부분 점수를 부여할 수 있습니다.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 -0.5~+0.5점을 부여할 수 있습니다.

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