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부산대 2016학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/pusan/2016su/jayeon_3
+10점 · 3-1
3-1.원점이 중심이고 반지름이 1인 구를 S라 하자.구 위의 임의의 점을 P(x,y,z)라 놓고, 제시문 (나)에 의해 두 점 N, P사이의 사이각이 4π이므로 ON과 OP 내적하면 OP∙ON=∣OP∣∣ON∣cos(4π) 이고, ∣OP∣=∣ON∣=1이므로, z=21이다.점 P0는 구 S를 평면 z=21으로 절단하여 평면 z=21 위에 놓인 원 x2+y2=21에서 x좌표가 큰 점이다. 따라서 P0의 좌표는 (21,0,21)이다.위와 같은 방법으로 점 Q0의 x좌표는 21이다.점 Q0는 평면 x=21 위의 놓인 원 y2+z2=21에서 y좌표가 가장 큰 점이므로Q0=(21,21,0)이다.
+25점 · 3-2
3-2.점 P는 P0(21,0,21)에서 z축을 회전축으로 하여 y좌표가 증가하는 방향으로 일정한 각속도 ω(양수인 상수)로 한 바퀴 회전하므로 시각 t에서의 위치는P(t)=(21cos(ωt),21sin(ωt),21)이다. (단, P(0)=P0)점 Q는 Q0(21,21,0)에서 x축을 회전축으로 하여 z좌표가 증가하는 방향으로 각속도 ω로 한 바퀴 회전하므로 시각 t에서의 위치는Q(t)=(21,21cos(ωt),21sin(ωt))이다. (단, Q(0)=Q0)움직이고 있는 두 점 P(t), Q(t)의 사이각을 0≤θ(t)≤π라 하자.cosx는 구간 0≤x≤π에서 감소함수이므로 사이각 θ(t)의 크기의 최솟값 α에 대한 cosα을 구하기 위해 cos(θ(t))의 최댓값을 구하면 된다.OP(t)∙OQ(t)=∣OP(t)∣∣OQ(t)∣cos(θ(t))=cos(θ(t))이고, ∣OP(t)∣=∣OQ(t)∣=1 이므로cos(θ(t))=OP(t)∙OQ(t)=21(cos(ωt)+sin(ωt)cos(ωt)+sin(ωt))의 최댓값을 구하자.cos(ωt)+sin(ωt)=s라 놓으면, −2≤s≤2이고 cos(ωt)sin(ωt)=2s2−1이다.구간 −2≤s≤2에서 21(s+2s2−1)의 최댓값은 41+22이므로구하는 cosα=41+22이다.