수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
+5점 · 점 A\displaystyle A의 평면 α\displaystyle \alpha에 대한 대칭점 C\displaystyle C를 생각하여 BC\displaystyle \overline{BC}의 길이와 직선 BC\displaystyle BC와 평면 α\displaystyle \alpha의 교점을 구한다고 파악

두 점 A(1,0,0)\displaystyle A(1,0,0)B(0,1,1)\displaystyle B(0,1,-1)는 평면 α:x+y+2z=4\displaystyle \alpha:x+y+2z=4의 한 쪽 편에 있다. 평면 α\displaystyle \alpha 위의 임의의 점을 X\displaystyle X라 두면 [문제 1]은 AX+BX\displaystyle \overline{AX}+\overline{BX}의 최솟값과 그때의 X\displaystyle X을 구하는 것이다. 아래 그림과 같이 평면 α\displaystyle \alpha에 내린 A,B\displaystyle A,B의 수선의 발을 A,B\displaystyle A^{\prime},B^{\prime}이라 하고, 평면 α\displaystyle \alpha에 대한 A\displaystyle A의 대칭점을 C\displaystyle C라 하면 AX+BX\displaystyle \overline{AX}+\overline{BX}의 최솟값은 BC\displaystyle \overline{BC}이고 그때의 X\displaystyle X는 직선 BC\displaystyle BC와 평면 α\displaystyle \alpha의 교점 P\displaystyle P이다.

평면 α에 대한 A의 대칭점 C와 직선 BC의 교점 P
+10점 · 대칭점 C\displaystyle CBC\displaystyle \overline{BC}의 길이 계산

(풀이1) 평면 α\displaystyle \alpha에 대한 A\displaystyle A의 대칭점을 C(a,b,c)\displaystyle C(a,b,c)라 하면, 벡터 AC=(a1,b,c)\displaystyle \overrightarrow{AC}=(a-1,b,c)와 평면 α\displaystyle \alpha의 법선벡터 n=(1,1,2)\displaystyle \vec n=(1,1,2)는 평행하고, 선분 AC\displaystyle AC의 중점은 평면 α\displaystyle \alpha 위에 있으므로(a1,b,c)=t(1,1,2),a+12+b2+c=4\displaystyle (a-1,b,c)=t(1,1,2),\quad\frac{a+1}2+\frac b2+c=4이 성립한다. 이를 풀면 t=1\displaystyle t=1이고 C(2,1,2)\displaystyle C(2,1,2)이다. 따라서 구하는 최솟값은BC=4+9=13\displaystyle \overline{BC}=\sqrt{4+9}=\sqrt{13}이다.

+10점 · 직선 BC\displaystyle BC와 평면 α\displaystyle \alpha의 교점

직선 BC\displaystyle BC는 점 B(0,1,1)\displaystyle B(0,1,-1)을 지나고 벡터 BC=(2,0,3)\displaystyle \overrightarrow{BC}=(2,0,3)에 평행한 직선이므로l:{x=2ty=1z=1+3t\displaystyle l:\begin{cases}x=2t\\y=1\\z=-1+3t\end{cases}이다. 이를 평면 α\displaystyle \alpha에 대입하면 2t+1+2(1+3t)=4\displaystyle 2t+1+2(-1+3t)=4, 즉 t=58\displaystyle t=\frac58이다. 따라서(x,y,z)=(108,1,78)=(54,1,78)\displaystyle (x,y,z)=\left(\frac{10}8,1,\frac78\right)=\left(\frac54,1,\frac78\right).

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