수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 B 4번

문제

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[문제 4번]답: A(2142,92142)\displaystyle \mathrm A\left(\frac{2-\sqrt{14}}2,\frac{9-2\sqrt{14}}2\right)

[풀이]좌표를 A(a,a2), B(b,b2), P(x,y)\displaystyle \mathrm A(a,a^2),\ \mathrm B(b,b^2),\ \mathrm P(x,y)라 하자.a\displaystyle ab\displaystyle bx2=2x+t\displaystyle x^2=2x+tx22xt=0\displaystyle x^2-2x-t=0의 근이므로 근과 계수의 관계에서 다음이 성립한다.a+b=2\displaystyle a+b=2ab=t\displaystyle ab=-ta2+b2=(a+b)22ab=4+2t=2(t+2)\displaystyle a^2+b^2=(a+b)^2-2ab=4+2t=2(t+2)a4+b4=(a2+b2)22a2b2=4(t+2)22t2=2t2+16t+16\displaystyle a^4+b^4=(a^2+b^2)^2-2a^2b^2=4(t+2)^2-2t^2=2t^2+16t+16이를 이용하여 AP2+BP2\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2을 계산하면 다음을 얻을 수 있다,AP2+BP2\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2=(xa)2+(ya2)2+(xb)2+(yb2)2\displaystyle =(x-a)^2+(y-a^2)^2+(x-b)^2+(y-b^2)^2=2x22(a+b)x+(a2+b2)+2y22(a2+b2)y+(a4+b4)\displaystyle =2x^2-2(a+b)x+(a^2+b^2)+2y^2-2(a^2+b^2)y+(a^4+b^4)=2x24x+2(t+2)+2y24(t+2)y+(2t2+16t+16)\displaystyle =2x^2-4x+2(t+2)+2y^2-4(t+2)y+(2t^2+16t+16)=2x24x+2+2y24(t+2)y+2(t+2)2+2(t+1)+(8t+8)\displaystyle =2x^2-4x+2+2y^2-4(t+2)y+2(t+2)^2+2(t+1)+(8t+8)=2(x1)2+2(yt2)2+10(t+1)\displaystyle =2(x-1)^2+2(y-t-2)^2+10(t+1)M(1,t+2)\displaystyle \mathrm M(1,t+2)에 대하여 MP2=(x1)2+(yt2)2\displaystyle \overline{MP}^2=(x-1)^2+(y-t-2)^2이므로AP2+BP2=2MP2+10(t+1)\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2=2\overline{MP}^2+10(t+1).또한 MP\displaystyle \overline{MP}는 M에서 원 (x1)2+(y8)2=1\displaystyle (x-1)^2+(y-8)^2=1 위의 점 P에 이르는 거리이다.그런데 점 M(1,t+2)\displaystyle \mathrm M(1,t+2)와 원의 중심이 모두 x=1\displaystyle x=1 위에 있으므로M에 가장 가까운 원 위의 점은 t+28\displaystyle t+2\le8일 때는 P(1,7)\displaystyle \mathrm P(1,7)이고,t+28\displaystyle t+2\ge8일 때는 P(1,9)\displaystyle \mathrm P(1,9)이다.이때 MP={(t+2)7=t50<t6일 때,(t+2)9=t7t6일 때,\displaystyle \overline{MP}=\begin{cases}|(t+2)-7|=|t-5|&0<t\le6\text{일 때},\\|(t+2)-9|=|t-7|&t\ge6\text{일 때},\end{cases}AP2+BP2=2MP2+10(t+1)\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2=2\overline{MP}^2+10(t+1)로부터0<t6\displaystyle 0<t\le6일 때,AP2+BP2=2(t5)2+10(t+1)=2t210t+60=2(t52)2+60252\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2=2(t-5)^2+10(t+1)=2t^2-10t+60=2\left(t-\frac52\right)^2+60-\frac{25}2t6\displaystyle t\ge6일 때,AP2+BP2=2(t7)2+10(t+1)=2t218t+108=2(t92)2+108812\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2=2(t-7)^2+10(t+1)=2t^2-18t+108=2\left(t-\frac92\right)^2+108-\frac{81}2.따라서 t=52\displaystyle t=\frac52일 때 AP2+BP2\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2이 최소가 된다.이때 A의 좌표는 x22x52=0\displaystyle x^2-2x-\frac52=0으로 부터 x=2±142, y=2x+52=9±2142\displaystyle x=\frac{2\pm\sqrt{14}}2,\ y=2x+\frac52=\frac{9\pm2\sqrt{14}}2이다.점 A는 제 2사분면의 점이므로 (2142,92142)\displaystyle \left(\frac{2-\sqrt{14}}2,\frac{9-2\sqrt{14}}2\right)이다.

하위 문항채점 기준배점
4A+: 답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 모두 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. B+: (1,7)\displaystyle (1,7) 또는 (1,9)\displaystyle (1,9)를 구하거나 x=1\displaystyle x=1 위에 P가 있음을 구함 B: AP2+BP2\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2를 맞게 구함 C: AP2+BP2\displaystyle \overline{AP}^2+\overline{BP}^2를 구하였으나 사소한 실수가 있음. D: 근과 계수를 언급 E: 풀이와 관계있는 의미있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.35점

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