+3점 · 직선의 방정식을 이해하고 직선 위의 점의 좌표를 구할 수 있다.
x + 1 2 = y = 2 − z = t \displaystyle \dfrac{x+1}{2}=y=2-z=t 2 x + 1 = y = 2 − z = t 라 하면 직선 위의 점의 좌표는 P ( 2 t − 1 , t , 2 − t ) \displaystyle \mathrm{P}(2t-1,t,2-t) P ( 2 t − 1 , t , 2 − t ) 이다. [1] (1) x + 1 2 = y = 2 − z = t \displaystyle \dfrac{x+1}{2}=y=2-z=t 2 x + 1 = y = 2 − z = t 라 하면 직선 위의 점의 좌표는 P ( 2 t − 1 , t , 2 − t ) \displaystyle \mathrm{P}(2t-1,t,2-t) P ( 2 t − 1 , t , 2 − t ) 이다.
+3점 · 두 점 사이의 거리를 구할 수 있다. 원점 O \displaystyle \mathrm{O} O 와 점 P \displaystyle \mathrm{P} P 사이의 거리는 O P ‾ = ( 2 t − 1 ) 2 + t 2 + ( 2 − t ) 2 = 6 ( t − 2 3 ) 2 + 7 3 \displaystyle \overline{\mathrm{OP}}=\sqrt{(2t-1)^2+t^2+(2-t)^2}=\sqrt{6\left(t-\dfrac23\right)^2+\dfrac73} OP = ( 2 t − 1 ) 2 + t 2 + ( 2 − t ) 2 = 6 ( t − 3 2 ) 2 + 3 7 이다. 원점 O \displaystyle \mathrm{O} O 와 점 P \displaystyle \mathrm{P} P 사이의 거리는 O P ‾ = ( 2 t − 1 ) 2 + t 2 + ( 2 − t ) 2 = 6 ( t − 2 3 ) 2 + 7 3 \displaystyle \overline{\mathrm{OP}}=\sqrt{(2t-1)^2+t^2+(2-t)^2}=\sqrt{6\left(t-\dfrac23\right)^2+\dfrac73} OP = ( 2 t − 1 ) 2 + t 2 + ( 2 − t ) 2 = 6 ( t − 3 2 ) 2 + 3 7 이다.
+2점 · 이차방정식의 최솟값을 구할 수 있다.
원점과 직선까지의 거리는 O P ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{OP}} OP 의 최솟값이므로, t = 2 3 \displaystyle t=\dfrac23 t = 3 2 일 때 21 3 \displaystyle \dfrac{\sqrt{21}}3 3 21 이다. 원점 O \displaystyle \mathrm{O} O 와 직선 l \displaystyle l l 까지의 거리는 O P ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{OP}} OP 의 최솟값이므로, t = 2 3 \displaystyle t=\dfrac23 t = 3 2 일 때 21 3 \displaystyle \dfrac{\sqrt{21}}3 3 21 이다.
+4점 · 직선과 평면의 교점을 구할 수 있다.
직선 l \displaystyle l l 위의 점 P ( 2 t − 1 , t , 2 − t ) \displaystyle \mathrm{P}(2t-1,t,2-t) P ( 2 t − 1 , t , 2 − t ) 가 평면 α \displaystyle \alpha α 위에 있으면 ( 2 t − 1 ) − 3 t + 2 ( 2 − t ) = 0 \displaystyle (2t-1)-3t+2(2-t)=0 ( 2 t − 1 ) − 3 t + 2 ( 2 − t ) = 0 이므로 t = 1 \displaystyle t=1 t = 1 이고, 직선 l \displaystyle l l 과 평면 α \displaystyle \alpha α 의 교점은 A ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \mathrm{A}(1,1,1) A ( 1 , 1 , 1 ) 이다. (2) 직선 l \displaystyle l l 위의 점 P \displaystyle \mathrm{P} P 가 평면 α \displaystyle \alpha α 위에 있으면 ( 2 t − 1 ) − 3 t + 2 ( 2 − t ) = 0 \displaystyle (2t-1)-3t+2(2-t)=0 ( 2 t − 1 ) − 3 t + 2 ( 2 − t ) = 0 이므로 t = 1 \displaystyle t=1 t = 1 이고, 따라서 직선 l \displaystyle l l 과 평면 α \displaystyle \alpha α 의 교점은 A ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \mathrm{A}(1,1,1) A ( 1 , 1 , 1 ) 이다.
+3점 · 법선벡터를 이용하여 평면의 방정식을 구할 수 있다.
O A → = ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OA}}=(1,1,1) OA = ( 1 , 1 , 1 ) 이 평면 β \displaystyle \beta β 의 법선벡터이므로 평면 β \displaystyle \beta β 의 방정식은 x + y + z + d = 0 \displaystyle x+y+z+d=0 x + y + z + d = 0 이다. O A → = ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{OA}}=(1,1,1) OA = ( 1 , 1 , 1 ) 이 평면 β \displaystyle \beta β 의 법선벡터이므로 평면 β \displaystyle \beta β 의 방정식은 x + y + z + d = 0 \displaystyle x+y+z+d=0 x + y + z + d = 0 이다.
+2점 · 지나는 점을 이용하여 평면의 방정식을 구할 수 있다.
이 평면이 점 A ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \mathrm{A}(1,1,1) A ( 1 , 1 , 1 ) 을 지나므로 d = − 3 \displaystyle d=-3 d = − 3 이고, 평면 β \displaystyle \beta β 의 방정식은 x + y + z − 3 = 0 \displaystyle x+y+z-3=0 x + y + z − 3 = 0 이다. 이 평면이 점 A ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \mathrm{A}(1,1,1) A ( 1 , 1 , 1 ) 을 지나므로 d = − 3 \displaystyle d=-3 d = − 3 이고, 따라서 평면 β \displaystyle \beta β 의 방정식은 x + y + z − 3 = 0 \displaystyle x+y+z-3=0 x + y + z − 3 = 0 이다.
+3점 · 평면의 법선벡터를 구할 수 있다.
n 1 → = ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \overrightarrow{n_1}=(1,1,1) n 1 = ( 1 , 1 , 1 ) 은 평면 β \displaystyle \beta β 의 법선벡터이고, n 2 → = ( 0 , 0 , 1 ) \displaystyle \overrightarrow{n_2}=(0,0,1) n 2 = ( 0 , 0 , 1 ) 은 x y \displaystyle xy x y 평면의 법선벡터이다. (3) n 1 → = ( 1 , 1 , 1 ) \displaystyle \overrightarrow{n_1}=(1,1,1) n 1 = ( 1 , 1 , 1 ) 은 평면 β \displaystyle \beta β 의 법선벡터이고 n 2 → = ( 0 , 0 , 1 ) \displaystyle \overrightarrow{n_2}=(0,0,1) n 2 = ( 0 , 0 , 1 ) 은 x y \displaystyle xy x y 평면의 법선벡터이다.
+4점 · 두 평면이 이루는 각을 구할 수 있다. 두 평면이 이루는 각을 θ \displaystyle \theta θ 라 할 때 cos θ = ∣ n 1 → ⋅ n 2 → ∣ ∣ n 1 → ∣ ∣ n 2 → ∣ = ∣ 1 × 0 + 1 × 0 + 1 × 1 ∣ 1 2 + 1 2 + 1 2 0 2 + 0 2 + 1 2 = 3 3 \displaystyle \cos\theta=\dfrac{\left|\overrightarrow{n_1}\cdot\overrightarrow{n_2}\right|}{\left|\overrightarrow{n_1}\right|\left|\overrightarrow{n_2}\right|}=\dfrac{|1\times0+1\times0+1\times1|}{\sqrt{1^2+1^2+1^2}\sqrt{0^2+0^2+1^2}}=\dfrac{\sqrt3}3 cos θ = n 1 n 2 n 1 ⋅ n 2 = 1 2 + 1 2 + 1 2 0 2 + 0 2 + 1 2 ∣1 × 0 + 1 × 0 + 1 × 1∣ = 3 3 이다. 두 평면이 이루는 각을 θ \displaystyle \theta θ 라 할 때 cos θ = ∣ n 1 → ⋅ n 2 → ∣ ∣ n 1 → ∣ ∣ n 2 → ∣ = ∣ 1 × 0 + 1 × 0 + 1 × 1 ∣ 1 2 + 1 2 + 1 2 0 2 + 0 2 + 1 2 = 3 3 \displaystyle \cos\theta=\dfrac{\left|\overrightarrow{n_1}\cdot\overrightarrow{n_2}\right|}{\left|\overrightarrow{n_1}\right|\left|\overrightarrow{n_2}\right|}=\dfrac{|1\times0+1\times0+1\times1|}{\sqrt{1^2+1^2+1^2}\sqrt{0^2+0^2+1^2}}=\dfrac{\sqrt3}3 cos θ = n 1 n 2 n 1 ⋅ n 2 = 1 2 + 1 2 + 1 2 0 2 + 0 2 + 1 2 ∣1 × 0 + 1 × 0 + 1 × 1∣ = 3 3 이다.
+3점 · 공간벡터의 연산을 할 수 있다. 구하는 도형 위의 임의의 점을 P ( x , y , z ) \displaystyle \mathrm{P}(x,y,z) P ( x , y , z ) 라고 하면 B P → = ( x − 5 , y − 3 , z − 2 ) , C P → = ( x − 7 , y − 5 , z + 2 ) \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}=(x-5,y-3,z-\sqrt2),~\overrightarrow{\mathrm{CP}}=(x-7,y-5,z+\sqrt2) BP = ( x − 5 , y − 3 , z − 2 ) , CP = ( x − 7 , y − 5 , z + 2 ) 이다. [2] (1) 구하는 도형 위의 임의의 점을 P ( x , y , z ) \displaystyle \mathrm{P}(x,y,z) P ( x , y , z ) 라고 하면 B P → = O P → − O B → = ( x − 5 , y − 3 , z − 2 ) , C P → = O P → − O C → = ( x − 7 , y − 5 , z + 2 ) \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}=\overrightarrow{\mathrm{OP}}-\overrightarrow{\mathrm{OB}}=(x-5,y-3,z-\sqrt2),~\overrightarrow{\mathrm{CP}}=\overrightarrow{\mathrm{OP}}-\overrightarrow{\mathrm{OC}}=(x-7,y-5,z+\sqrt2) BP = OP − OB = ( x − 5 , y − 3 , z − 2 ) , CP = OP − OC = ( x − 7 , y − 5 , z + 2 ) 이다.
+4점 · 공간벡터의 성분을 이용하여 내적을 구할 수 있다. 조건에서 B P → ⋅ C P → = 0 \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CP}}=0 BP ⋅ CP = 0 이므로 B P → ⋅ C P → = ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 + z 2 − 4 = 0 \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CP}}=(x-6)^2+(y-4)^2+z^2-4=0 BP ⋅ CP = ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 + z 2 − 4 = 0 이다. 조건에서 B P → ⋅ C P → = 0 \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CP}}=0 BP ⋅ CP = 0 이므로 B P → ⋅ C P → = ( x − 5 , y − 3 , z − 2 ) ⋅ ( x − 7 , y − 5 , z + 2 ) = ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 + z 2 − 4 = 0 \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CP}}=(x-5,y-3,z-\sqrt2)\cdot(x-7,y-5,z+\sqrt2)=(x-6)^2+(y-4)^2+z^2-4=0 BP ⋅ CP = ( x − 5 , y − 3 , z − 2 ) ⋅ ( x − 7 , y − 5 , z + 2 ) = ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 + z 2 − 4 = 0 이다.
+2점 · 구의 방정식을 이해하고 중심과 반지름을 구할 수 있다.
이 구의 중심은 D ( 6 , 4 , 0 ) \displaystyle \mathrm{D}(6,4,0) D ( 6 , 4 , 0 ) 이고 반지름은 r = 2 \displaystyle r=2 r = 2 이다. 따라서 점 P \displaystyle \mathrm{P} P 가 나타내는 도형은 구이고, 이 구의 중심은 D ( 6 , 4 , 0 ) \displaystyle \mathrm{D}(6,4,0) D ( 6 , 4 , 0 ) 이고 반지름은 r = 2 \displaystyle r=2 r = 2 이다.
+3점 · 구의 성질을 이해하고 점의 위치관계를 구할 수 있다.
두 점 B , C \displaystyle \mathrm{B},\mathrm{C} B , C 는 구 위에 있고, 구의 지름의 양 끝점이 된다. 따라서 세 점 B , C , D \displaystyle \mathrm{B},\mathrm{C},\mathrm{D} B , C , D 는 일직선 위에 있다. (2) 두 점 B , C \displaystyle \mathrm{B},\mathrm{C} B , C 는 구의 방정식을 만족하므로 구 위에 있고, B P → ⋅ C P → = 0 \displaystyle \overrightarrow{\mathrm{BP}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CP}}=0 BP ⋅ CP = 0 이므로 두 점 B , C \displaystyle \mathrm{B},\mathrm{C} B , C 는 구의 지름의 양 끝점이 된다. 따라서, 세 점 B , C , D \displaystyle \mathrm{B},\mathrm{C},\mathrm{D} B , C , D 는 일직선 위에 있다.
+4점 · 삼각형의 성질을 이해하고 넓이를 구할 수 있다.
점 D \displaystyle \mathrm{D} D 는 구의 중심이므로 B D ‾ = C D ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{BD}}=\overline{\mathrm{CD}} BD = CD 이고, 선분 B D , C D \displaystyle \mathrm{BD},\mathrm{CD} BD , CD 를 밑변으로 하는 두 삼각형 O B D , O D C \displaystyle \mathrm{OBD},\mathrm{ODC} OBD , ODC 의 높이는 같다. 따라서 S 1 = S 2 \displaystyle S_1=S_2 S 1 = S 2 이고 S 1 S 2 = 1 \displaystyle \dfrac{S_1}{S_2}=1 S 2 S 1 = 1 이다. 점 D \displaystyle \mathrm{D} D 는 구의 중심이므로 B D ‾ = C D ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{BD}}=\overline{\mathrm{CD}} BD = CD 이다. 선분 B D \displaystyle \mathrm{BD} BD 와 선분 C D \displaystyle \mathrm{CD} CD 를 밑변으로 하는 두 삼각형 O B D \displaystyle \mathrm{OBD} OBD 와 O D C \displaystyle \mathrm{ODC} ODC 의 높이는 같다. 따라서 S 1 = S 2 \displaystyle S_1=S_2 S 1 = S 2 이고 S 1 S 2 = 1 \displaystyle \dfrac{S_1}{S_2}=1 S 2 S 1 = 1 이다.
+5점 · 좌표공간에서 점과 도형의 위치관계를 이해하고 있다.
구와 x y \displaystyle xy x y 평면이 만나는 도형은 ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 = 4 \displaystyle (x-6)^2+(y-4)^2=4 ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 = 4 인 원이다. 점 E ( 2 , 1 , 3 3 ) \displaystyle \mathrm{E}(2,1,3\sqrt3) E ( 2 , 1 , 3 3 ) 에서 x y \displaystyle xy x y 평면에 내린 수선의 발을 E ′ \displaystyle \mathrm{E}^{\prime} E ′ 이라고 할 때, E ′ D ‾ = ( 6 − 2 ) 2 + ( 4 − 1 ) 2 + ( 0 − 0 ) 2 = 25 = 5 \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{D}}=\sqrt{(6-2)^2+(4-1)^2+(0-0)^2}=\sqrt{25}=5 E ′ D = ( 6 − 2 ) 2 + ( 4 − 1 ) 2 + ( 0 − 0 ) 2 = 25 = 5 이고, 원의 반지름이 2이므로 점 E ′ \displaystyle \mathrm{E}^{\prime} E ′ 은 원 외부에 있는 점이 된다. (3) 구와 x y \displaystyle xy x y 평면이 만나는 도형은 z = 0 \displaystyle z=0 z = 0 에서 ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 = 4 \displaystyle (x-6)^2+(y-4)^2=4 ( x − 6 ) 2 + ( y − 4 ) 2 = 4 인 원이다. 점 Q \displaystyle \mathrm{Q} Q 를 원 위의 임의의 점이라고 하고 점 E ( 2 , 1 , 3 3 ) \displaystyle \mathrm{E}(2,1,3\sqrt3) E ( 2 , 1 , 3 3 ) 에서 x y \displaystyle xy x y 평면에 내린 수선의 발을 E ′ ( 2 , 1 , 0 ) \displaystyle \mathrm{E}^{\prime}(2,1,0) E ′ ( 2 , 1 , 0 ) 이라고 하자. 이때 E ′ D ‾ = ( 6 − 2 ) 2 + ( 4 − 1 ) 2 + ( 0 − 0 ) 2 = 25 = 5 \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{D}}=\sqrt{(6-2)^2+(4-1)^2+(0-0)^2}=\sqrt{25}=5 E ′ D = ( 6 − 2 ) 2 + ( 4 − 1 ) 2 + ( 0 − 0 ) 2 = 25 = 5 이고, 원의 반지름이 2이므로 점 E ′ \displaystyle \mathrm{E}^{\prime} E ′ 은 원 외부에 있는 점이 된다.
+3점 · 두 점 사이의 거리를 구할 수 있다.
선분 E ′ D \displaystyle \mathrm{E}^{\prime}\mathrm{D} E ′ D 와 원이 만나는 점을 Q ′ \displaystyle \mathrm{Q}^{\prime} Q ′ 이라고 할 때, E ′ Q ′ ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{Q}^{\prime}} E ′ Q ′ 은 E ′ Q ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{Q}} E ′ Q 중 최소가 되고, 따라서 E Q ′ ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{EQ}^{\prime}} EQ ′ 도 E Q ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{EQ}} EQ 중 최소가 된다. E ′ Q ′ ‾ = E ′ D ‾ − 2 = 5 − 2 = 3 \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{Q}^{\prime}}=\overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{D}}-2=5-2=3 E ′ Q ′ = E ′ D − 2 = 5 − 2 = 3 이다. 따라서 선분 E ′ D \displaystyle \mathrm{E}^{\prime}\mathrm{D} E ′ D 와 원이 만나는 점을 Q ′ \displaystyle \mathrm{Q}^{\prime} Q ′ 이라고 할 때, E ′ Q ′ ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{Q}^{\prime}} E ′ Q ′ 은 E ′ Q ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{Q}} E ′ Q 중 최소가 되고, 따라서 E Q ′ ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{EQ}^{\prime}} EQ ′ 도 E Q ‾ \displaystyle \overline{\mathrm{EQ}} EQ 중 최소가 된다. E ′ Q ′ ‾ = E ′ D ‾ − 2 = 5 − 2 = 3 \displaystyle \overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{Q}^{\prime}}=\overline{\mathrm{E}^{\prime}\mathrm{D}}-2=5-2=3 E ′ Q ′ = E ′ D − 2 = 5 − 2 = 3 이다.
+2점 · 직각삼각형의 성질을 이해하고 선분의 길이를 구할 수 있다.
점 E \displaystyle \mathrm{E} E 에서 원 위의 점까지 거리의 최솟값은 E Q ′ ‾ = ( 3 3 ) 2 + 3 2 = 36 = 6 \displaystyle \overline{\mathrm{EQ}^{\prime}}=\sqrt{(3\sqrt3)^2+3^2}=\sqrt{36}=6 EQ ′ = ( 3 3 ) 2 + 3 2 = 36 = 6 이다. 점 E \displaystyle \mathrm{E} E 에서 원 위의 점까지 거리의 최솟값은 E Q ′ ‾ = ( 3 3 ) 2 + 3 2 = 36 = 6 \displaystyle \overline{\mathrm{EQ}^{\prime}}=\sqrt{(3\sqrt3)^2+3^2}=\sqrt{36}=6 EQ ′ = ( 3 3 ) 2 + 3 2 = 36 = 6 이다.