부산대 2025학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/pusan/2025su/jayeon_3
문제
【문항 3】다음 제시문을 이용하여 아래 논제의 풀이 과정과 답을 논리적으로 서술하시오.
[I] 오른쪽 그림과 같이 두 벡터 에 대하여 가 되도록 세 점 A, B, C를 잡을 때, 를 두 벡터 와 의 합이라 하며, 이것을 기호로 와 같이 나타낸다.

[II] 영벡터가 아닌 두 벡터 가 이루는 각의 크기가 일 때이면 이면
좌표평면에서 세 점 에 대하여 두 선분 AB와 BC로 이루어진 도형 위를 움직이는 점 P가 있다.
[3-1] 점 에 대하여 두 선분 AD와 DC로 이루어진 도형 위를 움직이는 점 Q가 있다.를 만족시키는 점 R이 나타내는 영역의 넓이를 구하시오. (단, O는 원점이다.) (15점)

[3-2] 반원의 호 위를 움직이는 점 S가 있다. 의 최댓값과 최솟값을 각각 구하시오. (단, O는 원점이다.) (20점)

부산대 2025학년도 수시 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/pusan/2025su/jayeon_3
[3-1]점 R이 나타내는 영역은 그림의 색칠된 부분과 같다.

두 직선 와 의 교점을 E, 두 직선 과 의 교점을 F라 하면 이다.구하는 영역의 넓이는 위 그림의 바깥쪽 직사각형의 넓이에서 다섯 삼각형의 넓이 를 뺀 것과 같다.따라서 구하는 영역의 넓이는
[3-2]우선 의 최댓값을 구하자.와 가 이루는 각을 라 할 때, 이다.따라서 의 최댓값은 와 의 값이 최대이며, 일 때이다.즉, 이러한 조건을 만족하는 점 P와 점 S가 모두 으로 존재하므로의 최댓값은 이다.

다음으로 의 최솟값을 구하자.점 P를 직선 OS 위에 내린 수선의 발을 H라 하면,이다.

이때 임의의 점 S에 대하여 두 벡터 와 가 이루는 각의 크기를 라 하면, 점 P는 선분 AB 또는 선분 BC 위에 존재한다.이때 선분 AB 위에 있는 점을 , 선분 BC 위에 있는 점을 라 하고, 각각의 점에 대해서 직선 OS에 내린 수선의 발을 각각 라 하자.

이므로 임의의 점 S에 대하여 가 최소가 되기 위한 점 P의 위치는 선분 AB 위에 있을 때이며 특히 점 P는 점 B와 같을 때 최소가 된다. ⋯ ㉠Comment. 점 를 고정하면 는 두 선분 모두 일 때 최소가 되므로 최솟값은 맞지만, 두 선분 위의 점을 임의로 잡으면 라고 할 수는 없다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

또한 두 점 A와 C의 중점을 T라 하고, 두 벡터 와 가 이루는 각의 크기를 라 하면

이때 이 되도록 하는 점 S는 벡터 와 벡터 의 방향이 반대인 경우로 존재하므로의 최솟값은
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