동국대 2023학년도 수시 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/dongguk/2023su/jayeon_1
문제
※ 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.
[가] 평면 위의 한 점 F와 이 점을 지나지 않는 한 직선 가 주어질 때, 점 F에 이르는 거리와 직선 에 이르는 거리가 같은 점들의 집합을 포물선이라고 한다. 이때 점 F를 포물선의 초점, 직선 를 포물선의 준선이라고 한다. 또, 포물선의 초점을 지나고 준선에 수직인 직선을 포물선의 축, 축과 포물선의 교점을 포물선의 꼭짓점이라고 한다.-『고등학교 기하』
[나] 위성 방송 안테나는 포물선의 축에 평행하게 들어오는 전파가 포물선의 초점에 모이는 성질을 이용하여 약한 전파를 증폭하여 수신할 수 있게 한다. 또한, 자동차의 전조등이나 무대의 조명등은 포물선의 이런 성질을 거꾸로 적용한 것이다.이제 포물선이 갖는 이와 같은 성질을 다음과 같이 증명해 보자.(중략)전파가 곡선 위의 한 점에서 반사된다는 것은, 그 점을 지나는 곡선의 접선에 대하여 입사각과 반사각의 크기가 같게 된다는 뜻이다. 따라서 포물선의 축에 평행하게 들어온 전파는 포물선에 반사되어 초점에 모이게 됨을 알 수 있다.-『고등학교 기하』
[다] 쌍곡선 위의 점 에서의 접선의 방정식은이다.-『고등학교 기하』
[문제1] 그림과 같이 단면이 포물선 모양인 거울 의 초점 에서 쏜 빛이 포물선 위의 점 에 반사되어 직진한다. 또한, 이 빛은 단면이 쌍곡선 모양인 거울 위의 점 P에 반사되어 직진한다. 이때, 직선 은 단면이 쌍곡선 모양인 거울 위의 점 P에서의 접선이고, 빛이 점 P에서 반사되기 전과 후 직선 과 이루는 각의 크기 와 는 같다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 직선 의 절편을 구하시오.
(2) 직선 과 축이 이루는 예각 의 크기를 구하시오.
(3) 반사된 후 빛이 지나가는 반직선의 연장선 이 축과 이루는 예각 의 크기를 구하시오.
<15줄 이내> [30점]
동국대 2023학년도 수시 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/dongguk/2023su/jayeon_1
(1) 포물선의 초점 에서 점 에 부딪쳐 진행하는 빛은 제시문 [나]에 의해 축과 평행하게 진행한다. 따라서, 이 빛이 쌍곡선과 만나는 점 P는 이다.
이 점에서 쌍곡선의 접선 은 제시문 [다]에 의해이고, 의 절편은 이다.
(2) 접선의 방정식은이고, 이므로 이다.
(3) 점 P에 반사되기 전 빛의 직진방향은 축과 평행하고, 이 빛의 방향과 접선 이 이루는 각 는 접선 이 축과 이루는 각 와 엇각 로 같다. 또한, 각 는 각 와 같으므로 이 각 는 이다. 그런데, 반사되기 전 빛과 축이 평행하므로 직선 과 이루는 각 는 각 와 동위각으로 같다. 따라서, 점 P에 반사된 빛의 직진방향이 축과 이루는 각 는 이다.
| 배점 | 채점 기준 | |
|---|---|---|
| 상 | S | [1단계]부터 [4단계]까지를 모두 보이고, 논증이 매끄럽고 설득력이 있는 경우 |
| 상 | A | [1단계]부터 [4단계]까지를 모두 보였으나 논증이 매끄럽지 않은 경우 |
| 중 | B | [1단계]부터 [3단계]까지를 모두 보이고, 논증이 매끄럽고 설득력이 있는 경우 |
| 중 | C | [1단계]부터 [3단계]까지의 과정을 기술한 경우 |
| 중 | D | [1단계]부터 [2단계]까지의 과정을 기술한 경우 |
| 하 | E | 위 단계 중 한 단계만 기술한 경우 |
| 하 | F | 어느 단계도 맞게 진술하지 못한 경우, 백지인 경우 |
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