경희대 2026학년도 모의 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/khu/2026mo/jayeon_3
문제
※ 다음 제시문을 읽고 다음 질문에 답하시오.
[라] 원 위의 점 에서 지나는 접선의 방정식은 .
[마] 등비급수 은① 일 때 수렴하고, 그 합은 이다.② 일 때 발산한다.
[논제 Ⅲ] 원 위의 좌표가 양수인 점 가 있다. 점 P를 지나고 원 에 접하는 직선과 직선 이 만나는 점을 Q라고 하자. 을 이라고 하면, 선분 PQ, 직선 , 그리고 원 와 동시에 접하는 원들 중에서 보다 반지름이 작고 삼각형 내부에 있는 원을 이라고 하자. 같은 방법으로 주어진 원 에 대하여 선분 PQ, 직선 , 그리고 원 에 동시에 접하고 원 보다 반지름이 작으며 삼각형 내부에 있는 새로운 원을 이라고 할 때, 다음 물음에 답하시오.
(1) 점 Q의 좌표와 원 의 반지름의 길이를 각각 점 P의 좌표에 대한 함수로 나타내고, 그 근거를 논술하시오. (20점)
(2) 원들 에 대한 넓이들의 합이 일 때, 점 P의 좌표를 구하고, 그 근거를 논술하시오. (17점)
논술 직선에 접하는 원의 배치
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논제 Ⅲ-(1)점 P에서 접선의 방정식은 다음과 같다.이 직선과 직선 의 교점은 이므로, 점 Q의 좌표를 얻었다.

원 의 중심을 라고 하고 원 의 반지름을 이라고 하자. 을 지나는 축과 평행인 직선을 그어서 축과 만나는 점을 B이라고 하자. 이다. 삼각형 과 삼각형 는 닮음이고 선분 의 길이는 이므로 선분 의 길이는 이다. 선분 의 길이는 두 원의 반지름의 합이므로 이다. 따라서, 피타고라스 정리를 이용하면 다음을 얻는다.

논제 Ⅲ-(2)인접한 원들 간의 닮음비는 모두 같으므로 원 의 넓이는 이다. 따라서 원 의 넓이는 첫째항이 이고 공비가 인 등비수열이다. 따라서 이 등비수열의 합은 이다.
급수의 합이 이므로, 은 이다. 이 조건과 문제 (1)의 결과를 이용하여 를 계산하면 3이고 와 는 모두 양수이므로 이 성립한다. 는 원 위의 점이므로 원의 방정식에 의해 이다. 이 두 식에 의해서 의 좌표를 구하면 이다.
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