수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1-2번

문제

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해설강의 준비중

[문제1-2] (단답형) 정답: 23\displaystyle 2\sqrt3

PM=PA\displaystyle \overline{PM}=\overline{PA}이므로 OP+PM=OP+PA=4\displaystyle \overline{OP}+\overline{PM}=\overline{OP}+\overline{PA}=4로 거리의 합이 일정하다.

따라서 P\displaystyle P가 만드는 곡선은 O\displaystyle OM\displaystyle M을 초점으로 하고 장축의 길이가 4인 타원이다.

장축의 길이를 2a\displaystyle 2a, 단축의 길이를 2b\displaystyle 2b, 초점사이의 거리를 2c\displaystyle 2c라 하자.

2a=4\displaystyle 2a=4이므로 a=2\displaystyle a=2이다.

2c=OM=2\displaystyle 2c=\overline{OM}=2이므로 c=1\displaystyle c=1이다.

b=a2c2=41=3\displaystyle b=\sqrt{a^2-c^2}=\sqrt{4-1}=\sqrt3이다.

OM\displaystyle OM의 수직이등분선과 타원의 두 교점 사이의 거리는 단축의 길이이므로 2b=23\displaystyle 2b=2\sqrt3이다.

두 초점 O와 M을 갖는 타원과 접선

[문제1-2] (서술형 1) 정답: 12\displaystyle \frac12

O\displaystyle O를 원점이라 M\displaystyle M의 좌표를 (2,0)\displaystyle (2,0)이라 하자.

타원의 중심은 OM\displaystyle OM의 중점인 (1,0)\displaystyle (1,0)이다. 따라서 방정식은 (x1)24+y23=1\displaystyle \frac{(x-1)^2}{4}+\frac{y^2}{3}=1.

x=2\displaystyle x=2일 때의 y\displaystyle y좌표를 구하면 14+y23=1\displaystyle \frac14+\frac{y^2}{3}=1에서 y2=94\displaystyle y^2=\frac94, 즉 y=±32\displaystyle y=\pm\frac32이다.

(2,32)\displaystyle \left(2,\frac32\right)에서의 접선의 방정식을 구하면 (21)(x1)4+32y3=1\displaystyle \frac{(2-1)(x-1)}4+\frac{\frac32y}3=1에서 x14+y2=1\displaystyle \frac{x-1}4+\frac y2=1.

따라서 y=12x+52\displaystyle y=-\frac12x+\frac52이다.

같은 방법으로 (2,32)\displaystyle \left(2,-\frac32\right)에서의 접선은 y=12x+52\displaystyle y=\frac12x+\frac52이다.Correction. 접선 식 y=12x+52\displaystyle y=\frac12x+\frac52y=12x52\displaystyle y=\frac12x-\frac52의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

이 접선들의 기울기가 tanθ\displaystyle \tan\theta이고, θ\displaystyle θ가 예각이므로 tanθ=12\displaystyle \tan\theta=\frac12이다.

[문제1-2] (서술형 2) 정답: 12

그림에서와 같이 QA=QN\displaystyle \overline{QA}=\overline{QN}이므로 OQQN=OA+AQAQ=OA=4\displaystyle |\overline{OQ}-\overline{QN}|=|\overline{OA}+\overline{AQ}-\overline{AQ}|=\overline{OA}=4이다.

따라서 Q\displaystyle Q가 이루는 곡선은 O\displaystyle ON\displaystyle N을 초점으로 하고 두 꼭지점 사이의 거리가 4인 쌍곡선이다.

원 O의 외부 점 N과 곡선 위 점 Q

O\displaystyle O를 원점이라 하고 N\displaystyle N의 좌표를 (8,0)\displaystyle (8,0)이라 하자.

이 쌍곡선의 중심은 ON\displaystyle ON의 중점인 (4,0)\displaystyle (4,0)이므로

방정식은 (x4)2a2y2b2=1\displaystyle \frac{(x-4)^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1 꼴이다.

2a=4\displaystyle 2a=4에서 a=2\displaystyle a=2.

2c=8\displaystyle 2c=8에서 c=4\displaystyle c=4.

b=c2a2=164=12=23\displaystyle b=\sqrt{c^2-a^2}=\sqrt{16-4}=\sqrt{12}=2\sqrt3.

따라서 쌍곡선의 방정식은

(x4)24y212=1\displaystyle \frac{(x-4)^2}4-\frac{y^2}{12}=1

ON\displaystyle ON45°\displaystyle 45°를 이루는 직선의 방정식은 y=x\displaystyle y=x.

이를 쌍곡선의 방정식에 대입하면, (x4)24x212=1\displaystyle \frac{(x-4)^2}4-\frac{x^2}{12}=1에서 3(x4)2x2=12\displaystyle 3(x-4)^2-x^2=12.

2x224x+36=0\displaystyle 2x^2-24x+36=0, x212x+18=0\displaystyle x^2-12x+18=0이므로 x=6±32\displaystyle x=6\pm3\sqrt2.

따라서 두 교점의 x\displaystyle x좌표 사이의 거리는 62\displaystyle 6\sqrt2이다.

이 두 점이 y=x\displaystyle y=x인 직선 위에 있으므로 두 교점사이의 거리는 622=12\displaystyle 6\sqrt2\cdot\sqrt2=12.

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