수리논술, 이게 다다.

자연계열 4번

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문제

제시문 4

(가) 한 점 P에서 평면 α\displaystyle \alpha에 내린 수선의 발 P′\displaystyle \mathrm P^{\prime}을 점 P의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영이라고 한다. 또 도형 F\displaystyle F의 각 점의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영으로 이루어진 도형 F′\displaystyle F^{\prime}을 도형 F\displaystyle F의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영이라고 한다.

(나) 아래 그림은 좌표공간에서 원점 O, yz\displaystyle yz 평면 위에 있는 점 A(0,1,1)\displaystyle \mathrm A(0,1,1), xy\displaystyle xy 평면 위에 있는 점 P(a,b,0)\displaystyle \mathrm P(a,b,0)을 나타낸 것이다. 점 P가 원점 O와 다를 때, 삼각형 AOP의 넓이는 1보다 작거나 같다.

좌표공간에서 원점 O와 점 A, P

[문제 4] (나)에서 점 P의 모임이 이루는 도형을 F\displaystyle F, 점 A를 지나고 직선 OA에 수직인 평면을 α\displaystyle \alpha라고 하자. 다음 물음에 답하고 풀이 과정을 쓰시오.

(1) 도형 F\displaystyle F의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영의 넓이를 구하시오.

(2) 도형 F\displaystyle F의 넓이를 구하시오.

해설강의 준비중

[문제 4] 정답: (1) 2π\displaystyle 2\pi, (2) 22π\displaystyle 2\sqrt2\pi

[풀이] (1) 점 P를 지나고 직선 OA에 평행한 직선을 l\displaystyle l이라 하자. 원점 O에서 직선 l\displaystyle l에 내린 수선의 발을 H라 하자. 삼각형 AOP의 넓이는 직각삼각형 AOH의 넓이와 같다. OA‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{OA}}=\sqrt2이므로 삼각형 AOH의 넓이가 1보다 작거나 같기 위한 필요충분조건은 OH‾≤2\displaystyle \overline{\mathrm{OH}}\le\sqrt2이다. ─── (*)

직사각형 ABCD와 선분 AB 주위로 회전시킨 원기둥

좌표가 (0,−1,−1),(0,−2,0),(0,0,2)\displaystyle (0,-1,-1),(0,-2,0),(0,0,2)인 점을 각각 B, C, D라 하자.왼쪽 그림과 같이 직사각형 ABCD를 선분 AB 주위로 회전하여 얻어지는 원기둥을 생각하자. 이 원기둥의 윗면의 반지름은 AD‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}=\sqrt2이다.(*)에 의해 도형 F\displaystyle F는 이 원기둥을 xy\displaystyle xy 평면으로 잘라 얻어지는 단면이다. 또한, 원기둥의 윗면을 포함하는 평면이 α\displaystyle \alpha이다. 따라서 도형 F\displaystyle F의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영은 이 원기둥의 윗면이고, 그 넓이는 π×(2)2=2π\displaystyle \pi\times(\sqrt2)^2=2\pi이다.

(2) 도형 F\displaystyle F와 원기둥의 윗면은 각각 xy\displaystyle xy 평면과 평면 α\displaystyle \alpha 위에 있고, xy\displaystyle xy 평면과 평면 α\displaystyle \alpha가 이루는 이면각의 크기는 직선 OA와 z\displaystyle z축이 이루는 예각의 크기와 같다. 이 각의 크기는 π4\displaystyle \frac\pi4이다.따라서 도형 F\displaystyle F의 넓이는(원기둥의 윗면의 넓이)×1cos⁡π4=2π×122=22π.\displaystyle \times\frac1{\cos\frac\pi4}=2\pi\times\frac1{\frac{\sqrt2}2}=2\sqrt2\pi.

문항채점 기준배점
4A+: 정답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 모두 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. B+: 도형 F\displaystyle F의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영의 넓이를 맞게 구함. B: 채점 기준 C를 구하고, 도형 F\displaystyle F의 평면 α\displaystyle \alpha 위로의 정사영의 넓이를 구하였으나 틀림. C: 도형 F\displaystyle F가 직사각형 ABCD를 회전하여 얻어지는 원기둥을 xy\displaystyle xy평면으로 잘라 얻어지는 단면임을 적음. D: 삼각형 AOP의 넓이가 1이 되는 점 P를 하나 구함. E: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.35점

※ 평가 등급 기준 및 배점은 실제 논술고사에서 일부 변경될 수 있음

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