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한양대 서울캠퍼스 2018학년도 수시 자연계열 (오후1) 1번 · mathesis.kr/archive/hanyang_seoul/2018su/jayeon_pm1_1
1.
원 C의 중심 (3,4,12)와 원점과의 거리 =32+42+122=13이다.따라서 C의 반지름 =202−132=231이고, C의 넓이는 231π이다.평면 4x+5y−20z=1의 법선벡터를 (4,5,−20), 원 C를 포함하는 평면의 법선벡터를 (3,4,12)로 택하자. 두 평면이 이루는 각을 θ(0≤θ≤2π)라 하면,cosθ=32+42+12242+52+(−20)2∣(3,4,12)⋅(4,5,−20)∣=2116이다.따라서 구하는 정사영의 넓이는 231π⋅2116=176π이다.
2. 평면 α의 방정식은 z=my또는 y=0(xz-평면)라 할 수 있다. 따라서 α의 법선벡터는 (0,m,−1) 또는 (0,1,0)로 택할 수 있다. 원 C를 포함하는 평면이 이루는 각을 θ(0≤θ≤2π)라 하면cosθ=02+m2+(−1)232+42+122∣(0,m,−1)⋅(3,4,12)∣ 또는 02+12+0232+42+122∣(0,1,0)⋅(3,4,12)∣=13m2+1∣4m−12∣ 또는 134이다.13m2+1∣4m−12∣는 m=−31일 때 최대값 13410을 갖는다. 따라서 AAα=cosθ의 최댓값은 13410이다.
(다른 풀이) 평면 α의 방정식은 (cost)y+(sint)z=0이라 할 수 있고 따라서 (0,cost,sint)를 α의 법선벡터로 택하자.평면 α와 원 C를 포함하는 평면이 이루는 각을 θ(0≤θ≤2π)라 하면,AAα=cosθ=02+cos2t+sin2t32+42+122∣(0,cost,sint)⋅(3,4,12)∣=13∣4cost+12sint∣=13410101cost+103sint=13410∣sinβcost+cosβsint∣=13410∣sin(β+t)∣≤13410(단, β는 sinβ=101,cosβ=103을 만족한다.) 따라서 AAα의 최댓값은 13410이다.
3. 원이 놓여 있는 평면의 단위 법선벡터를 (a,b,c)라 하자. (a2+b2+c2=1이다.) 원의 xy-평면 위로의 정사영의 넓이=6π=02+02+12a2+b2+c2∣(0,0,1)⋅(a,b,c)∣⋅102π=∣c∣⋅10π이다. 따라서 ∣c∣=53이고, a2+b2=1−c2=2516이다.
원의 평면 3x−y=1위로의 정사영의 넓이=32+(−1)2+02a2+b2+c2∣(3,−1,0)⋅(a,b,c)∣⋅π(10)2=10π∣3a−b∣이다.∣3a−b∣=k라 하면, a,b는 a2+b2=2516=(54)2을 만족하므로,k의 최대값은 5410이다.따라서 구하는 정사영의 넓이의 최대값은 10π⋅5410=8π이다.