경기대 2010학년도 수시 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/kyonggi/2010su/jayeon_1
다음 그림과 같이 북위 45∘에 있는 지구상의 두 점을 A, B라고 하고, 구의 중심을 O라고 하자. 또한 제시문 (가)에 주어진 바와 같이 두 점 A, B를 지나면서 적도면에 평행한 평면, 즉 북위 45∘선을 지나는 평면과 지구면이 만나는 교선은 원이 되는데, 이 원의 중심을 O′이라고 하자.
점 A, B, O, O′을 3차원 공간에 표시하고, 이를 각각 정면과 윗면 방향에서 2차원 평면에 나타낸 그림은 다음과 같다.
또한 A, B를 지나는 대권과 A, B를 함께 3차원 공간에 표시하고, 대권에 나타낸 그림은 다음과 같고, 이때 호 AB가 대권 항로이다.
그러면 두 점 A, B를 지나는 대권 항로의 중심각(α)은 각 AOB이고 A, B 사이의 경도 차이(β)는 각 AO′B이다. 그리고 삼각형 AOB와 삼각형 AO′B는 모두 이등변삼각형이며, OA=OB=R이고, O′A=O′B=R′=Rcos45∘=2R이다.
이므로 두 점을 지나는 대권 항로의 중심각(α)와 두 점 사이의 경도 차이(β)의 관계는 다음과 같다.
cosα=21+cosβ
이제 북위 45∘, 동경 45∘에서 북위 45∘, 동경 135∘의 위치로 이동하는 경우를 생각하자. 이때, 두 점 사이의 경도 차이 β=135∘−45∘=90∘이므로
cosα=21+cos90∘=21
이고, 따라서 α=60∘이다.
[가]에서 제시한 A와 B 사이의 대권 항로는 앞의 그림에서 부채꼴 AOB의 호 AB가 되므로 그 길이 L1은 다음과 같다.
L1=2πR⋅36060=2πR⋅61=31πR
또한, A, B가 동일 위도에 있으므로 항정선은 경선에 수직인 방향으로 결정되며, 따라서 동일한 위도를 따라가는 곡선으로 결정된다. 이는 앞의 그림에서 부채꼴 AO′B의 호 AB가 되며, [나]에서 제시한 A와 B 사이의 항정선 항로는 부채꼴 AO′B의 호 AB가 되므로 그 길이 L2는 다음과 같다.
L2=2πR′⋅36090=2π2R⋅41=42πR
31≒0.3333이고 42≒0.3536이므로 항정선 항로의 길이가 대권 항로의 길이보다 (42−31)πR≒0.0203πR 만큼 길다고 할 수 있다.
등급
요건
A 상
관계식 유도 O, 호의 길이 계산 및 비교 O
A 중
관계식 유도 O, 호의 길이 계산 및 비교 X
관계식 유도 X, 호의 길이 계산 및 비교 O
A 하
관계식 유도 X, 호의 길이 중 하나만 계산 O
B
관계식 유도 X, 호의 길이 계산 및 비교 X 이지만 관계를 ‘α가 β보다 크다’와 같이 말로만 설명한 경우
Caution. 채점기준 B의 대소관계가 반대로 적혀 있다.cosα−cosβ=21−cosβ>0이므로 α<β이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.