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해설강의 준비중
이화여대 2024학년도 모의 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/ewha/2024mo/jayeon_3
(1) 중심이 y축에 있고 원 x2+y2=1 밖에서 한 점에서 만나며 직선 y=2x에 접하는 원의 방정식을 모두 구하시오.풀이: 구하는 원의 중심을 (0,a)라고 둔다. 조건에서 이 점은 원 x2+y2=1 밖에 있으므로 ∣a∣>1이고 구하는 원의 반지름의 길이는 ∣a∣−1이다. 직선 y−2x=0과 점 (0,a)의 거리도 원의 반지름의 길이와 같으므로12+(−2)2∣a−2⋅0∣=∣a∣−1이다. 이 식을 계산하면 ∣a∣=45+5이다. 따라서 구하는 원의 방정식은 모두x2+(y−45+5)2=(41+5)2,x2+(y+45+5)2=(41+5)2이다.
(2) 문항 (1)에서 구한 원은 모두 직선 y=−2x에 접함을 보이시오.풀이: 문항 (1)에서 구한 원의 중심과 직선 y+2x=0의 거리가 원의 반지름의 길이와 같으면 원이 직선 y+2x=0에 접한다.원 x2+(y−45+5)2=(41+5)2의 중심 (0,45+5)와 직선 y+2x=0의 거리는 12+2245+5+2⋅0=45+1이다. 이 거리는 반지름의 길이 41+5와 같으므로 원과 직선이 접한다. 마찬가지로 원 x2+(y+45+5)2=(41+5)2의 중심 (0,−45+5)와 직선 y+2x=0의 거리는 12+22−45+5+2⋅0=45+1이다. 이 거리 또한 반지름의 길이 41+5와 같으므로 원과 직선이 접한다.
(3) 중심이 x축 또는 y축에 있고 원 x2+y2=1 밖에서 한 점에서 만나며 직선 y=2x에 접하는 원의 중심들을 꼭지점으로 하는 다각형의 넓이를 구하시오.풀이: 원의 중심이 y축에 있는 경우는 문항 (1)에서 모두 구하여 (0,45+5), (0,4−5−5)이다.중심이 x축에 있는 원의 중심을 (b,0)라고 하자. 조건에서 이 점은 원 x2+y2=1 밖에 있으므로 ∣b∣>1이고 구하는 원의 반지름의 길이는 ∣b∣−1이다. 직선 y−2x=0과 점 (b,0)의 거리도 원의 반지름의 길이와 같으므로 12+(−2)2∣0−2⋅b∣=∣b∣−1이다. 이 식을 계산하면 ∣b∣=5+25이다. 따라서 중심이 x축에 있는 구하는 원의 중심은 모두 (5+25,0),(−5−25,0)이다.앞서 구한 원의 중심 (0,45+5), (0,4−5−5), (5+25,0), (−5−25,0)을 꼭지점으로 하는 다각형은 마름모꼴이다. 따라서 이 다각형의 넓이는21(45+5−(4−5−5))⋅(5+25−(−5−25))=235+155이다.