수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2-3번

문제

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해설강의 준비중
+10점 · 내적을 활용하여 두 교점의 x\displaystyle x좌표와 p\displaystyle p의 관계식을 구하였는가?

두 교점 중 y\displaystyle y좌표가 양수인 점을 P1(x1,y1)\displaystyle \mathrm{P}_{1}(x_{1},y_{1})이라 하면, P2\displaystyle \mathrm{P}_{2}의 좌표는 (x1,y1)\displaystyle (x_{1},-y_{1})이다.P1\displaystyle \mathrm{P}_{1}에서의 포물선의 접선의 방정식은 y1y=2p(x+x1)\displaystyle y_{1}y=2p(x+x_{1}), 점 P2\displaystyle \mathrm{P}_{2}에서의 포물선의 접선의 방정식은 y1y=2p(x+x1)\displaystyle -y_{1}y=2p(x+x_{1})이다. 따라서 점 A의 좌표는 (x1,0)\displaystyle (-x_{1},0)이고 AP1=(2x1,y1), AP2=(2x1,y1)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{AP}_{1}}=(2x_{1},y_{1}),\ \overrightarrow{\mathrm{AP}_{2}}=(2x_{1},-y_{1})이다.P1AP2\displaystyle \angle\mathrm{P}_{1}\mathrm{AP}_{2}θ\displaystyle \theta라 하면,cosθ=AP1AP2AP1AP2=4x12y124x12+y12=4x124px14x12+4px1=x1px1+p\displaystyle \cos\theta=\frac{\overrightarrow{\mathrm{AP}_{1}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{AP}_{2}}}{|\overrightarrow{\mathrm{AP}_{1}}|\cdot|\overrightarrow{\mathrm{AP}_{2}}|}=\frac{4x_{1}^{2}-y_{1}^{2}}{4x_{1}^{2}+y_{1}^{2}}=\frac{4x_{1}^{2}-4px_{1}}{4x_{1}^{2}+4px_{1}}=\frac{x_{1}-p}{x_{1}+p}이때 θ=60\displaystyle \theta=60^{\circ}이므로 x1=3p\displaystyle x_{1}=3p이다.

+20점 · 두 교점의 x\displaystyle x좌표를 a\displaystyle ap\displaystyle p를 이용하여 표현하였는가?

한편, x1\displaystyle x_{1}y1\displaystyle y_{1}x12a2+y12b2=1\displaystyle \frac{x_{1}^{2}}{a^{2}}+\frac{y_{1}^{2}}{b^{2}}=1y12=4px1\displaystyle y_{1}^{2}=4px_{1}을 만족하므로, 이차방정식 x12a2+4px1b2=1\displaystyle \frac{x_{1}^{2}}{a^{2}}+\frac{4px_{1}}{b^{2}}=1, x1>0\displaystyle x_{1}>0이 성립한다.이차방정식을 x1\displaystyle x_{1}에 대하여 풀면 x1=2a2pb2+4a4p2b4+a2\displaystyle x_{1}=-\frac{2a^{2}p}{b^{2}}+\sqrt{\frac{4a^{4}p^{2}}{b^{4}}+a^{2}}b4=(a2p2)2\displaystyle b^{4}=(a^{2}-p^{2})^{2}이므로, x1=2a2pb2+a(a2+p2)b2=a(ap)2b2=a(ap)(a+p)\displaystyle x_{1}=-\frac{2a^{2}p}{b^{2}}+\frac{a(a^{2}+p^{2})}{b^{2}}=\frac{a(a-p)^{2}}{b^{2}}=\frac{a(a-p)}{(a+p)}

+10점 · ap\displaystyle \frac{a}{p}의 값을 구하였는가?

그러므로 3p=a(ap)(a+p)\displaystyle 3p=\frac{a(a-p)}{(a+p)}이고, ap=t\displaystyle \frac{a}{p}=t라 하면, t24t3=0\displaystyle t^{2}-4t-3=0이다. t>0\displaystyle t>0이므로 t=2+7\displaystyle t=2+\sqrt{7}이다.

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