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한양대 서울캠퍼스 2020학년도 수시 자연계열 (오후1) 2번 · mathesis.kr/archive/hanyang_seoul/2020su/jayeon_pm1_2
[문제 2번]
+10점 · 평면에서 점 P들이 이루는 곡선을 구했는가?
1. 평면 α위에서 ∠APB=4π를 만족하는 점 P는 선분 AB가 현이 되는 평면 α위의 두 개의 원 위에 있고, 각각의 원에서 현 AB의 중심각은 2π이고, 점 P는 원주각 ∠APB=4π인 점이다.
+20점 · 이 곡선으로 둘러싸인 부분의 넓이를 구했는가?
오른쪽 그림에서 구하는 영역의 넓이는 2(π(21)2⋅43+21⋅21⋅21)=43π+21이다.
+10점 · 선분의 길이 AP의 최댓값을 구했는가?
2. 먼저 점 A와 B를 포함하는 한 평면 α위에 있고, ∠APB=12π인 점 P는 물음 1에서와 마찬가지로 선분 AB가 현이 되는 평면 α위의 두 개의 원 위에 있고, 각각의 원에서 현 AB의 중심각은 6π이고, 점 P는 원주각 ∠APB=12π인 점이다.평면 α위에서 AP가 최대인 점 P는 A와 각각의 원의 중심을 지나는 직선 위에 있다. (오른쪽 그림에서 P와 P′)한편, 점 A, B를 포함하는 임의의 다른 평면에서도 점 P들이 이루는 곡선은 평면 α에서의 곡선과 동일한 모양을 가진다.따라서 각각의 평면에서 AP의 최댓값은 동일하며 그 값은 평면 위의 (두) 원의 지름인 2⋅2sin12π1=3−122=6+2이다.
+20점 · AP를 최대로 하는 점 P들이 이루는 곡선의 길이를 구했는가?
또한 위의 관찰로부터 공간에서 AP를 최대로 하는 점 P들이 이루는 곡선은 위 그림에서와 같이 중심이 B, 반지름이 BP인 원이다. (이 원을 포함하는 평면은 점 A, B를 지나는 직선에 수직이다.)따라서 구하는 곡선의 길이의 제곱은 l2=(2πBP)2=4π2((6+2)2−12)=4π2(7+212)=(28+163)π2이다.
3. 물음 2에서와 마찬가지로 점 A와 B를 포함하는 한 평면 α위에 있고 ∠APB=θ인 점 P는, 선분 AB가 현이 되는 평면 α위의 두 개의 원 위에 있고, 각각의 원에서 현 AB의 중심각은 2θ이고, 점 P는 원주각 ∠APB=θ인 점이다.또한 공간에서 점 P들이 이루는 도형은 평면 α에 있는 점 P들이 이루는 곡선을 점 A, B를 지나는 직선을 중심으로 회전시켜 얻은 곡면이다.따라서 이 도형의 평면 α위로의 정사영의 넓이는
+20점 · 0<θ<2π일 때, 정사영의 넓이를 θ에 관한 식으로 나타내었는가?
(1) 0<θ<2π일 때, (직사각형의 넓이)+2(반원의 넓이)=2⋅2sinθ1⋅2⋅2sinθcosθ+2⋅21π(2sinθ1)2=4sin2θ4cosθ+π이고,
+20점 · 2π≤θ<π일 때, 정사영의 넓이를 θ에 관한 식으로 나타내었는가?
(2) 2π≤θ<π일 때, 2⋅(각각의 원이 현 AB로 잘린 부분의 넓이)=2⋅{(AB를 현으로 하는 부채꼴의 넓이)−(점 A, B와 원의 중심을 꼭짓점으로 하는 삼각형의 넓이)}=2⋅(4sin2θπ−θ−(−4sinθcosθ))=2sin2θπ−θ+cosθsinθ이다.