경희대 2014학년도 수시 2차 일요일 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/khu/2014su_2_sun/jayeon_1
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경희대 2014학년도 수시 2차 일요일 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/khu/2014su_2_sun/jayeon_1
[논제 I-1]
논제에서는 각 지점에서 소리를 감지한 시각만 주어져 있어 시간차만을 알 수 있다. 지점 B에서 소리를 감지한 시각 tB와 지점 A에서 소리를 감지한 시각 tA의 차이 tB−tA가 3초이다. 지점 P에서 지점 A와 B까지 거리를 각각 dA와 dB라고 하면 소리의 속력이 1km/초로 일정하기 때문에 dB−dA는 속력과 시간차를 곱한 3km임을 알 수 있다. 지점 P의 좌표 (x,y)가 초점을 A와 B로 하고 거리의 차가 3인 쌍곡선의 방정식을 만족한다. 똑같은 방법을 지점 C와 D에 적용하면 P(x,y)는 초점을 C와 D로 하고 거리의 차가 1인 쌍곡선의 방정식을 또한 만족한다. 지점 A, B, C, D가 서로 다르기 때문에 이 두 쌍곡선의 방정식을 동시에 만족하는 좌표는 총 4개가 존재하고 지점 P의 좌표가 그 중 하나이다. 또한, 지점 A가 B보다 먼저 소리를 감지하였고, 지점 C가 D보다 먼저 감지하였기 때문에 네 개의 해 중에서 P의 좌표를 유일하게 결정할 수 있다.Comment. 논제 I-2에 주어진 좌표에서는 도착 순서로 한 점을 정할 수 있다. 다만 A,B,C,D가 서로 다르다는 사실만으로 교점의 개수나 P의 유일성이 보장되지는 않는다. 예를 들어A=(0,0),B=(33,0),C=(3,0),D=(25,0)이면 P=(0,4)와 P=(0,−4)에서 각 지점까지의 거리가 모두 같아, 거리차와 도착 순서로 두 점을 구별할 수 없다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
[논제 I-2]
지점 O를 원점, O를 지나는 동서 방향선을 x축, O를 지나는 남북 방향선을 y축, 단위를 km로 대응하면 행성의 지표면을 좌표 평면으로 생각할 수 있다. 두 초점이 A(2,0)와 B(−2,0)이고 거리의 차가 3인 쌍곡선의 방정식은 9/4x2−7/4y2=1이고, 두 초점이 C(0,1)와 D(0,−1)이고 거리의 차가 1인 쌍곡선의 방정식은 3/4x2−1/4y2=−1이다. 이 두 방정식을 연립하여 해를 구하면 (x,y)=(±232,±27)이다.
그런데, 지점 A가 B보다 P에 더 가깝기 때문에 P의 x좌표는 232이고, 지점 C가 지점 D보다 P에 더 가까워 P의 y좌표는 27이다. 따라서 외계 생물은 탐사선 O에서 동쪽으로 232km, 북쪽으로 27km 떨어진 곳에 위치한다.
[논제 I-3]
주어진 관계식 dA−dB+dE−dF=3t와 dA−dB−dE+dF=t를 더하면 2(dA−dB)=4t를 얻고 dA−dB=2t임을 알 수 있다. 한편, 두 방정식의 차이를 구하면 관계식 dE−dF=t를 얻는다. 이를 이용하여 초점 A와 B를 가지고 거리의 차가 2t인 쌍곡선의 방정식은 tx2−4−ty2=1이고, 초점 E와 F를 가지고 거리의 차가 t인 쌍곡선의 방정식은 tx2−1−ty2=1임을 알 수 있다. 외계 생물의 위치 (x,y)는 두 쌍곡선의 방정식을 동시에 만족하므로 연립하여 풀면 x2=4−t2+5t, y2=4t2−5t+4를 얻는다. 따라서 (x,y)는 방정식 x2+y2=1을 만족한다. 그러므로 외계 생물은 탐사선에서 거리 1km를 유지하며 원의 일부분을 따라 움직이고 있음을 알 수 있다.Correction. 쌍곡선의 식 tx2−1−ty2=1에서 오른쪽의 1은 1/4의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.