수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

문제

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해설강의 준비중
10 · (4-1)

(4-1) (조건1)로부터 OA+OB=OC\displaystyle \overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}=-\overrightarrow{OC}에 의해 OA+OB=OC\displaystyle |\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}|=|\overrightarrow{OC}|. 양변을 제곱하면OA2+2OAOB+OB2=OC2\displaystyle |\overrightarrow{OA}|^2+2\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OB}+|\overrightarrow{OB}|^2=|\overrightarrow{OC}|^2이다. AOB=θ\displaystyle \angle AOB=\theta라 하면 OA=OB=OC=1\displaystyle |\overrightarrow{OA}|=|\overrightarrow{OB}|=|\overrightarrow{OC}|=1이므로 2cosθ+1=0\displaystyle 2\cos\theta+1=0, 즉 θ=120\displaystyle \theta=120^\circ이다. OA+OB=OC\displaystyle \overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}=-\overrightarrow{OC}에 의해 2OA+OB2=OC\displaystyle 2\frac{\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}}2=-\overrightarrow{OC}로 변형되고, 이는 변 AB\displaystyle AB의 중점과 점 C\displaystyle C는 중심 O\displaystyle O에 대해 서로 반대편에 있음을 의미한다. 따라서 중심각과 원주각과의 관계에 의해 ACB=12AOB=60\displaystyle \angle ACB=\frac12\angle AOB=60^\circ이다.또한, OA+OC=OB\displaystyle \overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OC}=-\overrightarrow{OB}에 의해, 같은 방법으로 ABC=12AOC=60\displaystyle \angle ABC=\frac12\angle AOC=60^\circ이다. BAC=1806060=60\displaystyle \angle BAC=180^\circ-60^\circ-60^\circ=60^\circ. 따라서 삼각형 ABC\displaystyle ABC는 정삼각형이다.

15 · (4-2)

(4-2) (조건2)에 의해 BP:PC=1:2\displaystyle \overline{BP}:\overline{PC}=1:2이므로 AP=23AB+13AC\displaystyle \overrightarrow{AP}=\frac23\overrightarrow{AB}+\frac13\overrightarrow{AC}. 문제 (4-1)에 의해 삼각형 ABC\displaystyle ABC는 정삼각형이므로 한 변의 길이를 1이라 해도 일반성을 잃지 않는다.AB=AC=BC=1, ABAC=cos60=12\displaystyle |\overrightarrow{AB}|=|\overrightarrow{AC}|=|\overrightarrow{BC}|=1,\ \overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}=\cos60^\circ=\frac12AP2=49AB2+229ABAC+19AC2=59+29=79,\displaystyle |\overrightarrow{AP}|^2=\frac49|\overrightarrow{AB}|^2+2\frac29\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}+\frac19|\overrightarrow{AC}|^2=\frac59+\frac29=\frac79,AP=79=73.\displaystyle |\overrightarrow{AP}|=\sqrt{\frac79}=\frac{\sqrt7}3.삼각형 ABP\displaystyle ABP와 삼각형 CDP\displaystyle CDP는 닮은 삼각형이므로 APPD=BPPC\displaystyle \overline{AP}\,\overline{PD}=\overline{BP}\,\overline{PC}이다. 따라서PD=BPPCAP=231373=237,\displaystyle \overline{PD}=\frac{\overline{BP}\,\overline{PC}}{\overline{AP}}=\frac{\frac23\frac13}{\frac{\sqrt7}3}=\frac2{3\sqrt7},AP:AD=AP:(AP+PD)=73:(73+237)=1:(1+27)=1:97.\displaystyle \overline{AP}:\overline{AD}=\overline{AP}:(\overline{AP}+\overline{PD})=\frac{\sqrt7}3:\left(\frac{\sqrt7}3+\frac2{3\sqrt7}\right)=1:\left(1+\frac27\right)=1:\frac97.이다. 따라서AD=97AP=97(23AB+13AC)=67AB+37AC\displaystyle \overrightarrow{AD}=\frac97\overrightarrow{AP}=\frac97\left(\frac23\overrightarrow{AB}+\frac13\overrightarrow{AC}\right)=\frac67\overrightarrow{AB}+\frac37\overrightarrow{AC}이다.

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