중심이 A 이고 반지름이 R 인 원1이 아래 그림과 같이 고정된 점 C 에서 바닥과 접하고 있다. 원2는 중심이 B 이고 반지름이 시각 t(t>0)일 때 t 이다. 또한 원2는 그림과 같이 점 D 에서 바닥과 접하고, 동시에 원1과 점 P 에서 접한다.
[문제 1] 시각 t 가 변화할 때 원2의 중심 B 의 자취는 어떤 곡선을 이루는지 설명하시오. (33.3...%)
[문제 2] 선분 AB 의 길이 AB 와 선분 CD 의 길이 CD 는 시각 t 에 대한 함수이다. AB 와 CD 의 시간에 대한 변화율이 같아지는 시각 t 를 구하시오. (33.3...%)
[문제 3] 점 P 의 속력이 21 이 되는 시각 t 를 구하시오. (33.3...%)
해설강의 준비중
덕성여대 2010학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/duksung/2010su/jayeon_2
[문제 1]점 C 를 원점으로, 바닥을 x축으로 잡으면, 점 B 의 좌표는 (x,y)=(CD,BD)=(2Rt,t) 이다. (BD=t 이고, 피타고라스의 정리에 의하여 CD=AB2−(AC−BD)2=(R+t)2−(R−t)2=2Rt 이다.) x2=(2Rt)2=4Rt=4Ry, 즉 x2=4Ry 이므로, 점 B 의 자취는 포물선을 이룬다.
[문제 2]AB=R+t, CD=2Rt 이므로,dtdAB=dtd(R+t)=1, dtdCD=dtd(2Rt)=tR 이다. 따라서 tR=1, 즉 t=R 이므로, 주어진 조건을 만족하는 시각은 R 이다.
[문제 3]점 P 는 원1의 원호를 따라서 움직이므로, 속력은 원호의 길이 CP 의 미분이다. θ=∠PAC 로 놓으면 CP=Rθ 이므로, dtdCP=dtd(Rθ)=Rdtdθ 이다. 여기서 cosθ=R+tR−t 이므로, 이 식의 양변을 t 로 미분하면dtdcosθ=−sinθ⋅dtdθ=−(R+t)22R=dtd(R+tR−t),⇔dtdθ=(R+t)2sinθ2R=(R+t)22R⋅ABCD1=(R+t)22R⋅2RtR+t=(R+t)tR 이다. 따라서 dtdCP=Rdtdθ=(R+t)tRR 이 되고, dtdCP=(R+t)tRR=21 을 풀면 t=R 을 얻는다.