수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 (오후) 1번

문제

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해설강의 준비중
+5점 · 점 P에서의 접선의 방정식을 구한다.

[논제 Ⅰ](1) 접점 P의 좌표를 (x1,y1)\displaystyle (x_1,y_1)이라고 한다면, 점 P에서의 접선 l\displaystyle l의 방정식은 x1xa2+y1yb2=1\displaystyle \frac{x_1x}{a^2}+\frac{y_1y}{b^2}=1이다.

+10점 · 이 접선이 점 A를 지나고, P가 타원 위의 점임을 이용하여 접점의 좌표를 구한다.

이 직선이 A(k,0)\displaystyle \mathrm A(k,0)을 지나므로, x1=a2k\displaystyle x_1=\frac{a^2}k이다. 또한, P가 타원 위의 점이므로, x12a2+y12b2=1\displaystyle \frac{x_1^2}{a^2}+\frac{y_1^2}{b^2}=1이다. 한편, y1\displaystyle y_1은 양수이므로, y1=b2a2b2k2=b1a2k2\displaystyle y_1=\sqrt{b^2-\frac{a^2b^2}{k^2}}=b\sqrt{1-\frac{a^2}{k^2}}이다. 따라서 접점 P의 좌표는 (a2k,b1a2k2)\displaystyle \left(\frac{a^2}k,b\sqrt{1-\frac{a^2}{k^2}}\right)이다.

+5점 · 점 Q의 좌표를 구한다.

(2) a=5, b=4, k=13\displaystyle a=5,\ b=4,\ k=13일 때, x1=2513, y1=4813\displaystyle x_1=\frac{25}{13},\ y_1=\frac{48}{13}이다. 따라서 접선 l\displaystyle l의 기울기는 b2x1a2y1=13\displaystyle -\frac{b^2x_1}{a^2y_1}=-\frac13이다.그러므로 직선 l\displaystyle l^{\prime}은 기울기가 3이며 점 P(2513,4813)\displaystyle \mathrm P\left(\frac{25}{13},\frac{48}{13}\right)을 지나는 직선이고, 이 직선의 방정식은 y=3x2713\displaystyle y=3x-\frac{27}{13}이다. 따라서 점 Q의 좌표는 (913,0)\displaystyle \left(\frac9{13},0\right)이다.

+10점 · 두 초점 F, F′의 좌표를 구하여 선분들의 길이의 비를 구한다.

한편, 두 초점 F1,F2\displaystyle \mathrm F_1,\mathrm F_2의 좌표를 각각 (c,0), (c,0)\displaystyle (-c,0),\ (c,0)이라 하면, (단 c>0\displaystyle c>0) c=5242=3\displaystyle c=\sqrt{5^2-4^2}=3이므로, F1(3,0), F2(3,0)\displaystyle \mathrm F_1(-3,0),\ \mathrm F_2(3,0)이다. 그러므로 각 선분의 길이는 PF1=642+482132=8013, PF2=142+482132=5013, QF1=913+3=4813, QF2=3913=3013\displaystyle \overline{\mathrm{PF}_1}=\sqrt{\frac{64^2+48^2}{13^2}}=\frac{80}{13},\ \overline{\mathrm{PF}_2}=\sqrt{\frac{14^2+48^2}{13^2}}=\frac{50}{13},\ \overline{\mathrm{QF}_1}=\frac9{13}+3=\frac{48}{13},\ \overline{\mathrm{QF}_2}=3-\frac9{13}=\frac{30}{13}이다.따라서 PF1QF1+PF2QF2=80134813+50133013=53+53=103\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{PF}_1}}{\overline{\mathrm{QF}_1}}+\frac{\overline{\mathrm{PF}_2}}{\overline{\mathrm{QF}_2}}=\frac{\frac{80}{13}}{\frac{48}{13}}+\frac{\frac{50}{13}}{\frac{30}{13}}=\frac53+\frac53=\frac{10}3이다.

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