수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중

[1-1 풀이]제시문 <다>로부터, 타원 (2)의 한 점을 (x,y)\displaystyle (x,y)라 하면 각도 θ\displaystyle \theta 만큼 회전한 점 (x,y)\displaystyle (x^{\prime},y^{\prime})은 타원 (1) 위에 있다.x2+xy+y2=1\displaystyle x^{\prime 2}+x^{\prime}y^{\prime}+y^{\prime 2}=1

제시문 <나>로부터, x=xcosθysinθ\displaystyle x^{\prime}=x\cos\theta-y\sin\thetay=xsinθ+ycosθ\displaystyle y^{\prime}=x\sin\theta+y\cos\theta를 위의 식에 대입하여 (x,y)\displaystyle (x,y)에 대한 이차곡선을 다음과 같이 얻는다.x2(1+cosθsinθ)+y2(1cosθsinθ)+xy(cos2θsin2θ)=1\displaystyle x^2(1+\cos\theta\sin\theta)+y^2(1-\cos\theta\sin\theta)+xy(\cos^2\theta-\sin^2\theta)=1

여기서 (x,y)\displaystyle (x,y)는 타원 (2) 위의 한 점이므로 다음을 만족한다.1+cosθsinθ=12\displaystyle 1+\cos\theta\sin\theta=\frac121cosθsinθ=32\displaystyle 1-\cos\theta\sin\theta=\frac32cos2θsin2θ=0\displaystyle \cos^2\theta-\sin^2\theta=0

0θπ\displaystyle 0\le\theta\le\pi 이므로 θ=3π4\displaystyle \theta=\frac{3\pi}{4} 이다.

[1-2 풀이]식 (1)을 x\displaystyle x에 대해 미분하면, 2x+y+xdydx+2ydydx=0\displaystyle 2x+y+x\frac{dy}{dx}+2y\frac{dy}{dx}=0이다.

(1,1)\displaystyle (-1,1)을 위식에 대입하면 dydx=1\displaystyle \frac{dy}{dx}=1이다.따라서, 접선의 방정식은 y=x+2\displaystyle y=x+2 이다.

[1-3 풀이]제시문 <가>로부터 타원 (2)의 두 초점은 (23,0)\displaystyle \left(\frac{2}{\sqrt3},0\right), (23,0)\displaystyle \left(-\frac{2}{\sqrt3},0\right)이다.

문제 1-1의 결과로부터 위의 초점을 θ=3π4\displaystyle \theta=\frac{3\pi}{4}만큼 회전하면 타원 (1)의 두 초점은 (23,23)\displaystyle \left(-\sqrt{\frac23},\sqrt{\frac23}\right), (23,23)\displaystyle \left(\sqrt{\frac23},-\sqrt{\frac23}\right)이다.

[1-4 풀이]C(2,0)\displaystyle \mathrm{C}(\sqrt2,0)는 타원 (2)와 x\displaystyle x축과의 교점이다.제시문 <가>와 문제 1-3으로부터 점 C\displaystyle \mathrm{C}를 각도 3π4\displaystyle \frac{3\pi}{4}만큼 회전하여 얻는 점 B(1,1)\displaystyle \mathrm{B}(-1,1)는 타원 (1)과 주축 y=x\displaystyle y=-x와의 교점이다.

따라서 BDO=π4\displaystyle \angle\mathrm{BDO}=\frac\pi4이고 삼각형 내각의 합 BAC+BDO+OCA=π\displaystyle \angle\mathrm{BAC}+\angle\mathrm{BDO}+\angle\mathrm{OCA}=\pi 이므로BAC=π4\displaystyle \angle\mathrm{BAC}=\frac\pi4이다.

회전한 두 타원과 접선이 이루는 각

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