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경북대 2020학년도 수시 자연계열 I 2번 · mathesis.kr/archive/knu/2020su/jayeon1_2
【2-1】점 H에서 평면 α에 내린 수선의 발 R와 점 P를 연결하는 (평면 α위의) 선분과 인공위성 A가 이동하는 원 Oa와의 교점을 Q라 하자. 인공위성 A가 점 Q에 위치할 때, 점 A와 점 H사이의 거리가 최소가 된다.PH=152이고 HR=12+22+(−2)2∣1×14+2×16−2×1+1∣=15이므로피타고라스 정리를 사용하면PR=PH2−HR2=15,QR=PR−PQ=8이고, HQ=HR2+QR2=17이다.
(별해)점 H에서 평면 α에 내린 수선의 발 R와 점 P를 연결하는 (평면 α위의) 선분과 인공위성 A가 이동하는 원 Oa와의 교점을 Q라 하자. 인공위성 A가 점 Q에 위치할 때, 점 A와 점 H사이의 거리가 최소가 된다.점 H를 지나면서 평면 α와 수직인 직선의 벡터 방정식은 (t+14,2t+16,−2t+1)이다. 이것을 평면 α의 방정식에 대입하면 t=−5임을 구할 수 있고, 따라서 수선의 발 R의 좌표는 (9,6,11)이다.PR=15,QR=PR−PQ=8이고 HR=12+22+(−2)2∣1×14+2×16−2×1+1∣=15이니HQ=HR2+QR2=17이다.
【2-2】(1) ①과 ②에 알맞은 값은 각각 v⋅v=∣v∣2=98,2∣u∣∣v∣=982이다.
(2) 두 인공위성이 최단거리에 위치했을 때의 시간을 t=t0(분)이라 하고 그 때의 인공위성 A의 위치를 점 T라 하면, ∠APT와 ∠BPT의 차이의 시간에 따른 변화율은 t0≤t<t0+15에서dtdθ=608π−604π=15π이다.또한, 시간 t(t0≤t<t0+15)에서 인공위성 A와 인공위성 B사이의 거리를 D=D(t),∠APB를 θ=θ(t)라 하면, (1)에 의하여D2=49+98−982cosθ⇒2DdtdD=982sinθdtdθ⋯(∗)이다.두 인공위성이 최단거리에 위치한 후 처음으로 ∠APB=45∘(t=t0+415)가 될 때, dtdθ의 값은 15π이고 D=7이다.따라서 (*)에 의해 t=t0+415일 때 dtdD의 값은 157π이다.
【2-3】두 벡터 e=(1,2,−2),f=(4,−1,1)은 각각 평면 α의 법선벡터, 직선 l의 방향벡터이다.벡터 y=(2,p,q)는 인공위성 C의 회전축의 방향벡터이다. 벡터 z=(c,d,e)는 벡터 f와 수직이면서 평면 α와 평행하다고 하면 f⊥z,e⊥α 이므로 제시문 (다)에 의하여 다음의 연립방정식을 얻을 수 있다.⎩⎨⎧f⋅z=4c−d+e=0e⋅z=c+2d−2e=0y⋅z=2c+pd+qe=0연립방정식을 풀면 c=0이고 d=e이다. d=0이므로 p+q=0이다. 따라서 y=(2,p,−p) 또는 y=(2,−q,q)이다.한편, 직선 l은 평면 α위에 있으므로 원 Oc의 중심은 평면 α위에 있다. 원 Oc의 넓이는 100π이므로 그것을 평면 α에 정사영 시켰을 때, 그 정사영으로 둘러싸인 도형의 넓이가 502π이므로 제시문 (나)에 의하여 벡터 f와 벡터 y가 이루는 각의 크기는 45∘ 또는 135∘이다. ±22=9(p2+2)4−p에서 p는 이차방정식 7p2+16p−14=0의 해가 되므로 p=−q=7−8±92이고 6p−q=7p=−8±92이다.그러므로 (m,n)=(−8,±9)이다.
하위 문항
채점 기준
배점
【2-1】
PH=152를 구하면 5점<br>HR=15를 구하면 5점<br>또는 수선의 발 R의 좌표 (9,6,11)를 계산하면 10점<br>인공위성 A가 점 Q에 위치할 때, 점 A와 점 H사이의 거리가 최소가 됨을 명시하면 10점<br>HQ=17을 구하면 10점
30
【2-2】 (1)
v⋅v=98을 구하면 5점<br>2∣u∣∣v∣=982를 구하면 5점
10
【2-2】 (2)
2DdtdD=982sinθdtdθ를 구하면 15점<br>(D를 D=(7cosθ1−72cosθ2)2+(7sinθ1−72sinθ2)2 또는 D=(7cos2θ−72cosθ)2+(7sin2θ−72sinθ)2로 표현하면 10점)<br>t=t0+415일 때 dtdθ의 값은 15π를 구하면 5점<br>dtdD=157π를 구하면 10점
30
【2-3】
p=−q임을 유도하면 30점<br>정사영을 이용하여 직선 l과 인공위성 C의 회전축이 이루는 각 θ의 크기가 45∘, 즉 cosθ=22임을 구하면 5점<br>이차방정식 7p2+16p−14=0을 유도하면 5점<br>(−8,9),(−8,−9)를 구하면 각각 5점