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홍익대 서울캠퍼스 2024학년도 수시 자연계열 1번 · 해설강의 무료 공개 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2024su/jayeon_1
4점 만점 · 음함수의 미분법을 활용할 수 있음 (2점)
미분값 dxdy=−9yx를 정확히 계산하여 나타낼 수 있음 (2점)
(1) 음함수의 미분법을 이용하여 구할 수 있다.dxd(9x2)+dxd(y2)=dxd(1)⇒92x+2ydxdy=0⇒dxdy=−9yx(단,y=0)
4점 만점 · c를 x1과 y1을 활용한 간소화된 식으로 표현할 수 있음 (c=−9y1x1) (1점)
d를 y1을 활용한 간소화된 식으로 표현할 수 있음 (d=y11) (2점)
접선의 x절편을 x1을 이용한 간소화된 식으로 표현할 수 있음 (x절편 : x19) (1점)
(2) (x1,y1)위에서의 기울기는 c=−9y1x1이 된다. 이를 접선의 방정식 y=c(x−x1)+y1에 대입하면,y=−9y1x1(x−x1)+y1=−9y1x1x+(9y1x12+y1)⋯⋯①한편, (x1,y1)은 타원 위에 있는 점이므로, 9x12+y12=1을 만족한다. 이를 이용하면9y1x12+y1=y11을 얻을 수 있다. 이를 위 접선의 방정식 ①에 대입하면,y=−9y1x1x+y11이 되어, c=−9y1x1,d=y11이다. 이를 이용하면 접선의 x절편은 x19가 된다.
8점 만점 · (2)에서 구한 접선의 방정식을 활용해 자투리 공간의 넓이를 x1과 y1에 대한 간소화된 식으로 정확히 표현할 수 있음 (넓이 : x1y118−3π) (2점)
제시문 (다)의 부등식을 활용하여 자투리 공간의 넓이의 최솟값을 구할 수 있음 (12−3π) (3점)
자투리 공간의 넓이가 최솟값을 가질 때 x1,y1의 값을 정확히 구할 수 있음 (x1,y1)=(232,22) (3점)
(3) 해당 둘레길이 x축과 만나는 점을 각각 F(a,0)과 F′(−a,0)라 하고, y축과 만나는 점을 각각 G(0,b)과 G′(0,−b)라 하자 (단, a>0,b>0이다.). a와 b는 각각 (2)에서 구한 접선의 x절편과 y절편이므로 a=x19,b=y11임을 알 수 있다. 둘레길은 마름모 모양이며 내부의 넓이는 2ab=x1y118이다. 꽃밭의 넓이는 3π이므로, 자투리 공간의 넓이는x1y118−3π가 된다.
한편, (x1,y1)은 제시된 타원 방정식 위의 점이므로 다음을 만족한다.1=9x12+y12제시문 (다)를 이용하여 아래의 부등식이 성립함을 알 수 있다.1=9x12+y12≥2(9x12)y12=32x1y1⇒x1y11≥32⋯⋯②⇒x1y118−3π≥12−3π
등호는 9x12=y12=21일 때 성립한다. 즉, 자투리 공간의 총 넓이의 최솟값은 12−3π이고, 이때 (x1,y1)=(232,22) 이다.
4점 만점 · (x1,y1)=(232,22)의 값을 가질 때, 울타리의 장축, 단축 길이를 정확히 계산할 수 있음 (장축 45, 단축 22) (2점)
울타리를 나타내는 타원의 방정식을 정확히 구할 수 있음 (2점)
(4) 문항 (3)으로부터, 둘레길을 나타내는 마름모의 네 꼭짓점 좌표는 각각 F(x19,0),F′(−x19,0),G(0,y11),G′(0,−y11)이다. 피타고라스 정리를 활용하여 마름모의 한 변의 길이를 구하면 (x19)2+(y11)2가 되므로, 울타리의 장축의 길이는 2(x19)2+(y11)2 이다. 여기에 문항 (3)에서 구한 (x1,y1)=(232,22)를 대입하면, 울타리의 장축의 길이는 45 가 된다. 한편, 단축의 길이는 y12=22이다. 이를 활용하여 울타리를 나타내는 타원의 방정식을 구하면,20x2+2y2=1이 된다.