(가)두 벡터 LM, LN이 이루는 각의 크기가 θ일 때,∣LM∣∣LN∣cosθ를 LM와 LN의 내적이라 하고 기호로 LM⋅LN과 같이 나타낸다.
(나)그림과 같이 반지름의 길이가 5인 구 O가 점 A에서 평면 α에 접한다. 점 A를 지나고 평면α와 이루는 각의 크기가 θ인 직선이 구 O와 만나는 점을 B(=A)라 하고, 점 B의 평면 α위로의 정사영을 B′이라 하자.점 A를 출발하여 구 O 위를 움직이며 점 A로 되돌아오는 점 P의 자취 C에 대하여 곡선C의 평면 α 위로의 정사영 ℓ은 길이가 10인 선분이라고 하자.(단, 점 P는 출발할 때와도착할 때 이외에는 점 A를 지나지 않는다.)
[논제 1] 좌표공간에 중심이 원점이고 반지름의 길이가 3인 구와 평면 x−y+z+a=0이 만나서생기는 원 D가 있다. 선분 PQ가 원 D의 지름일 때, 삼각형 OPQ의 넓이가 33a이되도록 하는 양수 a의 값을 구하시오.(단, O는 원점이다.) (10점)
[논제 2] <제시문> (나)에서 선분 ℓ과 직선 AB′이 이루는 각의 크기가 45∘이고 tanθ=21이라 하자.두 벡터 AB와 AP의 내적이 최대일 때 벡터 AP의 길이는 a이다. (51a)2의 값을 구하시오.(30점)
해설강의 준비중
단국대 2016학년도 수시논술(오전) 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/dankook/2016su_am/jayeon_3
+5점 · 구의 중심과 평면과의 거리 12+(−1)2+12∣a∣=3a을 제시
[논제 1]원 D의 중심을 O′이라고 하자. 구의 중심 O(0,0,0)과 평면 x−y+z+a=0의 거리는12+(−1)2+12∣a∣=3a이므로 OO′=3a이고, 이 길이는 삼각형 OPQ의 높이이다.
+5점 · a=26을 제시
삼각형 OPQ는 원 D의 지름을 한 변으로 하고, 구의 반지름을 두 변으로 하는 이등변삼각형이다. 원D의 반지름의 길이를 r라고 하면, r2=9−3a2이므로 r=9−3a2이다.삼각형 OPQ의 넓이는 21×3a×29−3a2이다. 문제의 조건으로부터 21×3a×29−3a2=3a이므로 a=26이다.
+5점 · C가 대원임을 제시
[논제 2]곡선 C의 평면 α 위로의 정사영이 선분이므로 곡선 C는 구 O 위의 원이거나 원의 일부이다.평면 α가 구 O에 접하므로 곡선 C는 대원(의 일부)이고 ℓ의 길이가 10이고 점 P는 점 A를 출발할때와 도착할 때만 지나므로 곡선 C는 대원 전체이다.
+5점 · 점 B를 평면 β에 정사영시킨 점(=B′′)의 위치를 제시
곡선 C를 포함한 평면을 β라 하고 점 B의 평면 β 위로의 정사영을 B′′라 하자.(아래 <그림1>)AB를 직선 AP 위로 정사영시킨 벡터와 AB′′을 직선 AP 위로 정사영시킨 벡터가 같은 벡터이므로AB⋅AP=AB′′⋅AP이다.
선분 ℓ과 선분 AB′이 이루는 각의 크기는 45∘이므로 AB′의 크기를 m, 점 B′′에서 평면 α까지의거리(=높이)를 h라 하면 구의 중심 O에서 구 위의 점 B까지의 거리가 5이므로m2+(5−h)2=25이고, h=m×tanθ=2m이므로 h=2이다.
+10점 · 최대가 되는 점 P의 위치를 제시(<그림 2>의 설명)
옆 그림과 같이 AB′′과 AP의 내적이 최대가 되는 점을 P0이라 하자. 내적이 최대가 되기 위해서는 점 P0에 접하는 접선이 AB′′의 연장선과 수직으로 만나야 하고, 또한 원의 특성에의해서 점 P0에 접하는 접선은 선분 OP0과도 수직이다. 그러므로 두 벡터 AB′′와 OP0은 평행하다. (<그림2>)
+10점 · AP0의 값을 제시
벡터 OP0의 직선 ℓ 위로 정사영한 벡터의 성분의 길이를 p, 점 O를 지나고 직선 ℓ과 수직인 직선 위로 정사영한 벡터의 성분의 길이를 q라 하자.(아래 <그림3>)AB′′과 OP0은 평행하므로 아래 그림과 같이222=pq 이고 p2+q2=25이다. 따라서 p=532, q=531이고 결국 AP0의 길이는 선분 OA의 길이가 5이므로(532)2+(531+5)2=52+323이다. 그러므로 정답은 2+323이다.
<참고> β평면에 좌표평면을 설정해서 풀 수 있다.
예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.