경북대 2014학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/knu/2014su/jayeon_2
문제
【제시문 1】
제1 사분면에 두 점 와 가 있다. 축과 축을 적어도 한 번 이상 만나며 와 를 연결하는 가장 짧은 경로는 아래 그림과 같은 세 선분으로 구성된다. 의 축 대칭점을 , 의 축 대칭점을 라고 할 때, 와 를 잇는 가장 짧은 경로의 길이는 선분 의 길이와 같다.

【제시문 2】
한 변의 길이가 1인 정사각형이 있다. 꼭짓점 에서 사각형의 내부 방향으로 반직선 을 그었다. 은 정사각형의 변과 만나면 레이저 광선처럼 입사각과 반사각의 크기가 같도록 반사하며 계속 진행한다. 이 과정을 반복하여 을 계속 진행하게 함으로써 정사각형 속에 놓인 꺾은선 도형을 얻을 수 있다. 이때, 이 정사각형의 한 꼭짓점에 도달하면 더 이상 진행하지 않고 정지한다.

꺾은선 위의 점 에 대하여, 에서 까지 이르는 꺾은선의 길이는 대칭이동을 이용하여 구할 수 있다. 출발점 에서 을 따라 진행하다 정사각형의 변을 만나면 그 변을 대칭축으로 정사각형(지나온 부분을 제외한 꺾은선 포함)을 대칭 이동한다.(아래 그림 (a)⇒(b)) 대칭이동한 정사각형에서 꺾은선을 따라 계속 진행하다 다시 변을 만나면 그 변에 대한 사각형의 대칭이동을 같은 방법으로 반복한다.(아래 그림 (b)⇒(c)) 이러한 과정을 반복하여 정사각형 속의 꺾은선을 평면위의 선분으로 바꾼다. 처음 꺾은선의 길이는 선분의 길이와 같다.(아래 그림(c)의 선분)

【물음 1】【제시문 1】에서 점 과 점 는 와 를 연결하는 꺾은선의 길이가 가장 짧을 때의 축과 축 위의 점이다. 점 와 점 의 좌표가 각각 , 일 때, 직선 의 기울기를 구하고 풀이 과정을 설명하시오. (30점)
【물음 2】【제시문 2】에서 반직선 의 출발 기울기()가 일 때 얻어진 꺾은선 도형의 길이를 【제시문 2】에 근거하여 구하고 풀이 과정을 설명하시오. (30점)
【물음 3】【제시문 2】의 정사각형의 꼭짓점 , , , 의 좌표가 각각 , , , 이라고 하자. 반직선 의 출발 기울기가 (, 는 서로 소인 자연수)일 때 얻어진 꺾은선 도형의 길이를 구하는 방법을 설명하시오. (40점)
경북대 2014학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/knu/2014su/jayeon_2
【물음 1】점 의 축 대칭점 의 좌표는 ,점 의 축 대칭점 의 좌표는 이다.Correction. 두 번째 줄의 은 의 오기다. 그러나 원문 표기는 그대로 실었다.직선 의 기울기는 직선 의 기울기와 같고 의 좌표가 이므로,직선 의 기울기는 이다.
【물음 2】 꺾은선의 모양은 아래 그림 와 같다.

반직선이 변에 도달할 때 마다 정사각형(지나온 부분을 제외한 꺾은선 포함)을 변에 대하여대칭시키면 순차적으로 그림 , 그림 그림 를 얻을 수 있다.따라서 꺾은선의 길이는 피타고라스정리에 의하여, 이다.
【물음 3】① 기울기가 인 직선은 정수점 를 지난다.② 가 서로 소인 자연수이므로 는 직선이 만나는 최초의 정수점이다.③ 원점과 점를 잇는 선분을 【제시문 2】을 이용하여 꺾은선으로 바꾸면의 출발 기울기가 일 때의 꺾은선이다.④ 따라서 꺾은선꺾은선의 길이는 원점에서 까지의 거리인 이다.
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