좌표평면에서 점 (x1,y1)과 직선 ax+by+c=0 사이의 거리는 d=a2+b2∣ax1+by1+c∣이다.
(※) 직선 l:y=x+k와 타원 C:4x2+y2=1이 있다. (단, k는 상수이다.)
(2-1)타원 C와 직선 l이 서로 다른 두 점에서 만나기 위한 k의 범위를 구하시오. (10점)
(2-2)타원 C와 직선 l이 서로 다른 두 점 P,Q에서 만난다고 하자. 좌표평면의 원점 O에 대하여 삼각형 OPQ의 넓이의 최댓값과 이 때의 k의 값을 구하시오. (15점)
해설강의 준비중
인하대 2016학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/inha/2016su/jayeon_2
10 · (2-1)
(2-1)직선 l과 타원 C로부터 이차방정식 5x2+8kx+4k2−4=0을 얻는다. 이차방정식이 서로 다른 두 실근을 가져야 하므로D/4=16k2−5(4k2−4)=−4k2+20=−4(k2−5)>0이다. 따라서 타원 C와 직선 l이 서로 다른 두 점에서 만나기 위한 상수 k의 범위는 −5<k<5이다.
15 · (2-2)
(2-2)타원 C와 직선 l이 서로 다른 두 점 P,Q에서 만난다고 하자. P,Q의 좌표를 P(α,α+k),Q(β,β+k)라 하면 α,β는 (2-1)에서 얻은 이차방정식5x2+8kx+4k2−4=0(−5<k<5)의 서로 다른 두 실근이므로 α+β=−58k,αβ=54k2−4이다. 삼각형 OPQ의 밑변의 길이인 선분 PQ의 길이를 구하면PQ2=(α−β)2+(α+k−β−k)2=2(α−β)2=2{(α+β)2−4αβ}=2{2564k2−516(k2−1)}=2{2580−16k2}=2532(5−k2)∴PQ=2532(5−k2)=532(5−k2)한편, 삼각형 OPQ의 높이는 원점 O(0,0)에서 직선 x−y+k=0까지의 거리이므로 2∣k∣이다. 따라서 삼각형 OPQ의 넓이는S(k)=212∣k∣532(5−k2)=52k2(5−k2)이다. f(k)=5k2−k4이라 하자. f′(k)=10k−4k3=2k(5−2k2)=0을 풀면 k=0,±25를 갖는다. f′(k)의 삼차다항식의 그래프로부터 k=±25에서 f(k)는 최댓값(극댓값)을 갖는다. 따라서 삼각형 OPQ의 최대 넓이는 k=±25에서 S(±25)=1이다.