홍익대 서울캠퍼스 2023학년도 수시 오후 자연계열 1번 · 해설강의 무료 공개 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2023su_pm/jayeon_1
문제
문제 1 (20점)
홍익대학교에는 문헌관, 공학관, 와우관, 홍문관이라 부르는 네 건물이 있다. 학생들의 편의를 위해 <그림 1>과 같이 캠퍼스를 원형으로 순환하는 트램을 설치하고자 한다. 트램 노선에서 건물까지의 거리를 고려하여 트램 노선의 반지름 를 정하고자 한다. (단, 트램 노선의 너비와 건물의 크기는 무시한다.)
(가) 원점 에 대한 네 건물의 위치벡터는 각각 다음과 같다.
(나) 트램의 노선은 반지름이 인 원 모양이며, 원점 에 대한 그 원의 중심의 위치벡터 는 다음과 같다.
(다) 각 건물의 위치로부터 트램 노선까지의 최단 거리를 각각 라고 하자.
(라) 각 건물의 위치로부터 트램 노선까지의 최단 거리의 제곱의 합 를 으로 정의하자.
(마) 각 건물의 위치로부터 트램 노선까지의 최단 거리 중 최대 거리 를 중 최댓값으로 정의하자.

(1) 제시문의 (라)에서 정의된 가 최솟값을 가질 때 반지름 를 구하시오.
(2) 제시문의 (마)에서 정의된 가 최솟값을 가질 때 반지름 를 구하시오.
(3) 건물이 개가 있다고 가정하고 제시문과 같이 원 모양의 트램 노선을 설치하려고 한다. 각 건물의 위치벡터 과 트램 노선의 중심의 위치벡터 가 주어졌을 때, 각 건물의 위치로부터 트램 노선까지의 최단 거리의 제곱의 합 이 최솟값을 가질 때 반지름 를 과 에 대한 식으로 나타내시오.
홍익대 서울캠퍼스 2023학년도 수시 오후 자연계열 1번 · 해설강의 무료 공개 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2023su_pm/jayeon_1
(1) 트램 노선의 중심의 위치벡터는 이다.노선의 중심으로부터 각 건물까지의 거리는 각각 , , , 이다.따라서 각 건물로부터 트램 노선까지의 최단 거리는 각각 , , , 이다. 최단 거리의 제곱의 합 는이다.
는 에 대한 이차함수이다. 그래프가 아래로 볼록인 포물선이므로 인 에서 최소이다.(또는, 와 같이 정리하여 최소가 되는 을 구한다.)
(2) 트램 노선의 중심으로부터 가장 가까운 건물과 먼 건물은 각각 와우관, 공학관이며, 중심으로부터의 거리는 각각 , 이다. 이 두 거리의 평균인 을 기준으로 인 경우, (1)에서 구한 트램 노선으로부터 각 건물까지의 거리 중 가 최대이다. 즉, 이 경우 이다. 인 경우, 가 최대가 된다.즉, 이 경우 이다.그래프를 그려보면 는 에서 최솟값을 가진다.Correction. ‘는 에서’는 ‘에서’의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
(3) (1)에서와 같이 생각한다.각 건물의 위치 로부터 트램노선의 중심 까지의 거리는 이고,각 건물에서 노선까지의 최단 거리는 이다. 최단 거리의 제곱의 합은이다.
는 에 대한 이차함수이다. 그래프가 아래로 볼록인 포물선이므로 인 에서 최소이다.(또는, 와 같이 정리하여 최소가 되는 을 구한다.)
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