인하대 2015학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/inha/2015su/jayeon_3
문제
(가) 영벡터가 아닌 두 벡터 와 가 이루는 각의 크기가 일 때, 를 와 의 내적이라고 하고 기호로 와 같이 나타낸다.
(나) 좌표공간에서 영벡터가 아닌 벡터 에 수직이고 위치벡터가 인 점 를 지나는 평면의 방정식은이다. 이때, 을 평면의 법선벡터라고 한다.
(다) 좌표공간에서 두 점 의 위치벡터를 각각 라 할 때, 두 점 를 지름의 양 끝 점으로 하는 구의 방정식은이다.
(※) 좌표공간에 서로 다른 두 점 가 주어졌다. 선분 를 로 내분하는 점을 이라 하자. 부등식 을 만족하는 점 의 집합을 라 하고, 등식 을 만족하는 점 의 집합을 라 하자.
(3-1) 에 의해 잘린 의 두 부분의 부피의 비를 구하시오. (10점)
(3-2) 일 때, 의 평면 위로의 정사영의 넓이를 구하시오. (15점)
인하대 2015학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/inha/2015su/jayeon_3
(3-1) (10점) 제시문 (다)에 의해 집합 는 서로 다른 두 점 와 를 지름의 양 끝점으로 하는 구와 그 내부이고, 제시문 (나)에 의해 집합 는 점 을 지나고 법선벡터가 인 평면이다. <그림 1>과 같이 에 의해 잘린 의 두 부분의 부피를 라 하자. 편의상 <그림2>와 같이 선분 의 길이를 로 놓고 직선 를 축, 선분 의 중점을 평면의 원점 가 되도록 하자.

구하려는 두 부분의 부피 는 각각 <그림 2>에서 원의 일부분을 축 둘레로 회전시켜 생기는 회전체의 부피이다. 원의 식은 로 주어지므로이다. 따라서 이다.
(3-2) (15점) 먼저 는 아래 그림과 같이 원판이다.

이므로 구의 반지름은 이고 이다. 따라서 의 반지름은 이고 의 넓이는 이다. 평면 와 평면이 이루는 각을 라 하면, 평면 와 평면의 법선벡터가 각각 와 이므로이다. 따라서 의 평면으로의 정사영의 넓이는이다.
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