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이화여대 2024학년도 수시 자연계열 I 3번 · mathesis.kr/archive/ewha/2024su/jayeon1_3
좌표평면의 원 x2+y2=16 위의 두 점 A(6+2,6−2),B(6−2,6+2)에 대하여 다음 물음에 답하시오.
+4점 · 기울기의 공식으로 두 점 A,B를 지나는 직선의 기울기 −1을 바르게 구함.
직선의 방정식 y=x+26을 바르게 구함.
Correction. 채점기준의 y=x+26은 y=−x+26의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
3-(1) 두 점 A,B를 지나는 직선의 방정식을 구하시오.[풀이]두 점 A,B를 지나는 직선의 기울기가 (6−2)−(6+2)(6+2)−(6−2)=−2222=−1이므로 구하는 직선의 방정식은 y=−1⋅(x−6−2)+6−2=−x+26이다.
+8점 · 두 선분 OA,OB가 x축과 이루는 각 α,β에 대하여 tanα=2−3이고 tanβ=2+3임을 바르게 구함.
탄젠트함수의 덧셈정리를 활용하여 tan(β−α)=3을 바르게 구함.
두 선분 OA,OB가 이루는 각 β−α=3π를 구함.
호 AB의 길이 4⋅3π=34π를 바르게 구함.
3-(2) 호 AB의 길이를 구하시오. (단, 호 AB는 제1사분면에 있다.)[풀이]두 선분 OA,OB가 x축과 이루는 각을 각각 α,β라고 하면 tanα=6+26−2=2−3이고 tanβ=6−26+2=2+3이다. 탄젠트함수의 덧셈정리에 따라tan(β−α)=1+tanβ⋅tanαtanβ−tanα=1+(2+3)(2−3)2+3−(2−3)=3이므로 원점 O에 대하여 두 선분 OA,OB가 이루는 각은 β−α=3π이다. 원의 반지름이 4이므로 구하는 호의 길이는 4⋅3π=34π이다.
+7점 · 호 AB와 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이는 부채꼴 AOB의 넓이에서 삼각형 AOB의 넓이를 뺀 것임을 바르게 설명함.
부채꼴의 넓이 21⋅42⋅3π=38π를 구함.
삼각형의 넓이 21⋅42⋅sin3π=43을 구함.
호 AB와 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이는 38π−43임을 구함.
3-(3) 문항 (2)의 호 AB와 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이를 구하시오.[풀이]호 AB와 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이는 부채꼴 AOB의 넓이에서 삼각형 AOB의 넓이를 뺀 것이다. 문항 (2)에서 구한 중심각이 3π이므로 부채꼴의 넓이는 21⋅42⋅3π=38π이고 삼각형의 넓이는 21⋅42⋅sin3π=43이므로 구하는 넓이는 38π−43이다.
+11점 · 집합 C의 점은 (x+1)2+y2=cos2θ+sin2θ=1으로 나타나는 원의 점이며, 이 원의 한 점과 문항 (1)에서 구한 직선 사이의 거리가 최대일 때 구하는 도형의 넓이가 최대가 됨을 설명함.
원 (x+1)2+y2=1의 중심 (−1,0)과 문항 (1)에서 구한 직선 x+y−26=0과의 거리 22+23를 바르게 구하고 이 값에 반지름 1을 더하여 최대 거리가 22+23+1를 구함.
선분 AB의 길이 4를 바르게 구하고 도형의 넓이 S(θ)가 최댓값일 때의 삼각형 PAB의 넓이는 2+43+2를 구함.
문항 (3)에서 도형의 넓이 38π−43를 더하여 구하는 넓이의 최댓값은 38π+2+2를 구함.
3-(4) 좌표평면의 집합 C={(cosθ−1,sinθ)∣0≤θ<2π}에 속하는 점 P(cosθ−1,sinθ)에 대하여 문항 (2)의 호 AB와 두 선분 AP,BP로 둘러싸인 도형의 넓이를 S(θ)라 할 때, S(θ)의 최댓값을 구하시오.[풀이]집합 C의 점은 (x+1)2+y2=cos2θ+sin2θ=1으로 나타나는 원의 점이다. 이 원의 한 점과 문항 (1)에서 구한 직선 사이의 거리가 최대일 때 구하는 도형의 넓이가 최대가 된다. 원 (x+1)2+y2=1의 중심 (−1,0)과 문항 (1)에서 구한 직선 x+y−26=0과의 거리가12+12∣(−1)+0−26∣=22+23이므로 이 값에 반지름 1을 더하면 최대 거리가 22+23+1이다. 선분 AB의 길이가{(6−2)−(6+2)}2+{(6+2)−(6−2)}2=4이므로 도형의 넓이 S(θ)가 최댓값일 때의 삼각형 PAB의 넓이는21⋅4⋅(22+23+1)=2+43+2이다.문항 (3)에서 구한 호 AB와 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이 38π−43를 더하면 구하는 넓이의 최댓값은 (38π−43)+(2+43+2)=38π+2+2이다.