수리논술, 이게 다다.

의·약학계 2번

오류 제보

문제

【공통문항 2】다음 제시문을 읽고 아래 논제의 풀이 과정과 답을 논리적으로 서술하시오.

삼각형 ABC의 세 변의 길이가 a,b,c\displaystyle a,b,c라 하자.

삼각형 ABC의 세 변 a, b, c

(가) 삼각형 ABC에서 외접원의 반지름의 길이를 R\displaystyle R라 하면asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R\displaystyle \frac a{\sin A}=\frac b{\sin B}=\frac c{\sin C}=2R(나) 삼각형 ABC에서a2=b2+c2−2bccos⁡Ab2=c2+a2−2cacos⁡Bc2=a2+b2−2abcos⁡C\displaystyle \begin{aligned}a^2&=b^2+c^2-2bc\cos A\\b^2&=c^2+a^2-2ca\cos B\\c^2&=a^2+b^2-2ab\cos C\end{aligned}(다) 삼각형 ABC의 넓이를 S\displaystyle S라 하면S=12bcsin⁡A=12casin⁡B=12absin⁡C\displaystyle S=\frac12bc\sin A=\frac12ca\sin B=\frac12ab\sin C

한 변의 길이가 1\displaystyle 1인 정삼각형 ABC가 있다. 선분 AC 위의 양 끝점이 아닌 임의의 점 D에 대하여 직선 BD 위의 점 중 점 C로부터의 거리가 1\displaystyle 1인 점을 E라 하자. (단, 점 E는 점 B가 아니다.)다음 물음에 답하시오.

[2-1] AD‾=x\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}=x라 할 때, 삼각형 CDE의 외접원의 반지름의 길이를 x\displaystyle x에 대한 식으로 나타내시오. (15점)

[2-2] 삼각형 CDE의 넓이를 S\displaystyle S라 할 때, S×BD‾2\displaystyle S\times\overline{\mathrm{BD}}^2의 값이 최대가 되도록 하는 선분 AD의 길이를 구하시오. (20점)

해설강의 준비중
+5점 · 사인법칙에 의해 CE‾sin⁡(∠CDE)=AB‾sin⁡(∠ADB)=2R\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{CE}}}{\sin(\angle\mathrm{CDE})}=\frac{\overline{\mathrm{AB}}}{\sin(\angle\mathrm{ADB})}=2R가 성립함을 나타낼 수 있다.

[2-1]∠ADB\displaystyle \angle\mathrm{ADB}와 ∠CDE\displaystyle \angle\mathrm{CDE}는 맞꼭지각으로 서로 같고, 주어진 조건에 의해 AB‾=CE‾=1\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\overline{\mathrm{CE}}=1이다.△CDE\displaystyle \triangle\mathrm{CDE}의 외접원의 반지름의 길이를 R\displaystyle R라 하면 사인법칙에 의해CE‾sin⁡(∠CDE)=AB‾sin⁡(∠ADB)=2R\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{CE}}}{\sin(\angle\mathrm{CDE})}=\frac{\overline{\mathrm{AB}}}{\sin(\angle\mathrm{ADB})}=2R이므로 △ADB\displaystyle \triangle\mathrm{ADB}의 외접원의 반지름의 길이도 R\displaystyle R이다.

삼각형 CDE와 ADB의 외접원
+5점 · BD‾=x2−x+1\displaystyle \overline{\mathrm{BD}}=\sqrt{x^2-x+1}로 나타낼 수 있다.

또한 AD‾=x  (0<x<1)\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}=x\;(0<x<1)라 하면 코사인법칙에 의해 BD‾2=x2+12−2xcos⁡π3=x2−x+1\displaystyle \overline{\mathrm{BD}}^2=x^2+1^2-2x\cos\frac\pi3=x^2-x+1이다.즉, BD‾=x2−x+1\displaystyle \overline{\mathrm{BD}}=\sqrt{x^2-x+1}이다.

+5점 · R=x2−x+13\displaystyle R=\sqrt{\frac{x^2-x+1}3}로 나타낼 수 있다.

사인법칙에 의해 BD‾sin⁡(∠BAD)=BD‾sin⁡π3=x2−x+132=2R\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{BD}}}{\sin(\angle\mathrm{BAD})}=\frac{\overline{\mathrm{BD}}}{\sin\frac\pi3}=\frac{\sqrt{x^2-x+1}}{\frac{\sqrt3}2}=2R이므로 R=x2−x+13\displaystyle R=\sqrt{\frac{x^2-x+1}3}이다.

+6점 · DE‾=x(2−x)x2−x+1\displaystyle \overline{\mathrm{DE}}=\frac{x(2-x)}{\sqrt{x^2-x+1}}로 나타낼 수 있다.

[2-2]CB‾=CA‾=CE‾=1\displaystyle \overline{\mathrm{CB}}=\overline{\mathrm{CA}}=\overline{\mathrm{CE}}=1이므로 점 A, 점 B, 점 E는 모두 점 C를 중심으로 하는 반지름의 길이가 1\displaystyle 1인 원 위의 점이다.직선 AC가 이 원과 만나는 점 중 A가 아닌 점을 F라 하자.AD‾=x  (0<x<1)\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}=x\;(0<x<1)라 하면 CD‾=1−x\displaystyle \overline{\mathrm{CD}}=1-x이므로 DF‾=2−x\displaystyle \overline{\mathrm{DF}}=2-x이다.따라서 AD‾×DF‾=BD‾×DE‾\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}\times\overline{\mathrm{DF}}=\overline{\mathrm{BD}}\times\overline{\mathrm{DE}}이므로 DE‾=x(2−x)x2−x+1\displaystyle \overline{\mathrm{DE}}=\frac{x(2-x)}{\sqrt{x^2-x+1}}이다.

중심이 C인 원과 두 현 AF, BE
+4점 · sin⁡(∠CDE)=123x2−x+1\displaystyle \sin(\angle\mathrm{CDE})=\frac12\sqrt{\frac3{x^2-x+1}}로 나타낼 수 있다.

또한 CE‾sin⁡(∠CDE)=2R\displaystyle \frac{\overline{\mathrm{CE}}}{\sin(\angle\mathrm{CDE})}=2R이므로 sin⁡(∠CDE)=CE‾2R=123x2−x+1\displaystyle \sin(\angle\mathrm{CDE})=\frac{\overline{\mathrm{CE}}}{2R}=\frac12\sqrt{\frac3{x^2-x+1}}이다.

+5점 · S=3x(1−x)(2−x)4(x2−x+1)\displaystyle S=\frac{\sqrt3x(1-x)(2-x)}{4(x^2-x+1)}로 나타낼 수 있다.

이때 △CDE\displaystyle \triangle\mathrm{CDE}의 넓이를 S\displaystyle S라 하면S=12DE‾×CD‾×sin⁡(∠CDE)=12×x(2−x)x2−x+1×(1−x)×123x2−x+1=3x(1−x)(2−x)4(x2−x+1)\displaystyle \begin{aligned}S&=\frac12\overline{\mathrm{DE}}\times\overline{\mathrm{CD}}\times\sin(\angle\mathrm{CDE})\\&=\frac12\times\frac{x(2-x)}{\sqrt{x^2-x+1}}\times(1-x)\times\frac12\sqrt{\frac3{x^2-x+1}}=\frac{\sqrt3x(1-x)(2-x)}{4(x^2-x+1)}\end{aligned}

+5점 · S×BD‾2\displaystyle S\times\overline{\mathrm{BD}}^2이 최댓값을 갖게 하는 선분 AD의 길이가 1−33\displaystyle 1-\frac{\sqrt3}3임을 구할 수 있다.

그러므로 S×BD‾2=34x(1−x)(2−x)\displaystyle S\times\overline{\mathrm{BD}}^2=\frac{\sqrt3}4x(1-x)(2-x)이다.f(x)=34x(1−x)(2−x)\displaystyle f(x)=\frac{\sqrt3}4x(1-x)(2-x)라 하면, f′(x)=34(3x2−6x+2)\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{\sqrt3}4(3x^2-6x+2)이고, f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0에서 x=3±33\displaystyle x=\frac{3\pm\sqrt3}3이다.이때 점 D는 선분 AC 위의 양 끝점점이 아닌 임의의 점이므로 0<x<1\displaystyle 0<x<1이다.Correction. ‘끝점점’은 ‘끝점’의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.따라서 열린구간 (0,1)\displaystyle (0,1)에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내고 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 그래프를 그리면 다음과 같다.x0⋯1−33⋯1f′(x)+0−f(x)0↗16↘0\displaystyle \begin{array}{c|ccccc}x&0&\cdots&1-\frac{\sqrt3}3&\cdots&1\\\hline f^{\prime}(x)&&+&0&-&\\\hline f(x)&0&\nearrow&\frac16&\searrow&0\end{array}

함수 f의 증가와 감소 및 극댓값

즉 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 x=1−33\displaystyle x=1-\frac{\sqrt3}3에서 극대이면서 최대이다.따라서 최댓값을 갖게 하는 선분 AD의 길이는 1−33\displaystyle 1-\frac{\sqrt3}3이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.