수리논술, 이게 다다.

자연계열 A 1번

오류 제보

문제

[문제 1] 아래 글을 읽고, 각 물음에 답하시오.

반지를 끼운 실의 양 끝점이 좌표공간의 두 점 P(0,−3,5)\displaystyle \mathrm P(0,-\sqrt3,5)와 Q(1,0,3)\displaystyle \mathrm Q(1,0,3)에 고정되어 있고, 실의 길이는 42 m\displaystyle 4\sqrt2\,\mathrm m이다. (모든 길이의 단위는 m로 생각한다.) 점 P의 위치에서부터 실을 타고 움직인 반지는 xy\displaystyle xy평면과 가장 가까운 위치에서 더 이상 움직이지 않게 된다.

실에 매단 반지와 평면 위 좌표

(1-1) 점 P에서 출발한 반지가 실이 팽팽해진 이후 움직이는 궤적은 어떤 이차곡선의 일부가 된다. 이차곡선의 정의를 이용하여, 해당되는 이차곡선이 무엇인지 설명하시오.

한편, 반지가 xy\displaystyle xy평면과 가장 가까운 위치의 점 R에서 멈췄을 때, 세 점 P, Q, R는 한 평면 α\displaystyle \alpha를 결정한다. [그림 2]에서처럼 평면 α\displaystyle \alpha 위에서 두 점 P와 Q의 중점이 원점이 되도록 좌표축 X,Y\displaystyle X,Y를 잡자. 이때, XY\displaystyle XY평면 위에서 반지의 궤적을 포함하는 이차곡선의 방정식을 구하시오. (10점)

(1-2) xy\displaystyle xy평면과 XY\displaystyle XY평면의 교선 ℓ\displaystyle \ell의 방정식은 XY\displaystyle XY평면 위에서 Y=aX+b\displaystyle Y=aX+b가 된다. 상수 a,b\displaystyle a,b의 값을 각각 구하시오. (10점)

(1-3) 반지가 xy\displaystyle xy평면과 가장 가까운 위치의 점 R에서 멈췄을 때, 점 R에서 xy\displaystyle xy평면까지 이르는 수직거리를 구하시오. (10점)

해설강의 준비중

• 1-1번 문항

(1) 반지의 위치를 R라 하면, 양 끝점으로부터 반지까지의 거리의 합 PR‾+RQ‾\displaystyle \overline{\mathrm{PR}}+\overline{\mathrm{RQ}}가 42\displaystyle 4\sqrt2로 일정하다. 따라서, 반지가 움직이는 궤적은 타원의 일부이다.

(2) 두 점 P, Q 사이의 거리가 22\displaystyle 2\sqrt2이고, P, Q를 지나는 직선이 x\displaystyle x축, P, Q의 중점이 원점이므로 초점의 좌표는 (−2,0)\displaystyle (-\sqrt2,0)과 (2,0)\displaystyle (\sqrt2,0)이다.

또, 실의 길이가 42\displaystyle 4\sqrt2이므로 X\displaystyle X축과 만나는 점의 X\displaystyle X좌표는 X=±22\displaystyle X=\pm2\sqrt2, Y\displaystyle Y축과 만나는 점의 Y\displaystyle Y좌표는 ±6\displaystyle \pm\sqrt6이다.

따라서, 구하는 타원의 방정식은 X28+Y26=1\displaystyle \frac{X^2}8+\frac{Y^2}6=1이다.

• 1-2번 문항

(단계 1) 반지가 평면과 가장 가까운 위치에서 멈췄을 때, 반지의 위치와 두 점 P, Q가 이루는 평면 π\displaystyle \pi는 xy\displaystyle xy평면과 수직인 평면이다, 이때, 두 평면의 교선을 ℓ\displaystyle \ell이라 하자.

타원과 지면에 해당하는 직선

(단계 2) 두 점 P, Q에서 xy\displaystyle xy평면까지 이르는 수직거리의 차가 5−3=2\displaystyle 5-3=2이고, 두 점에서 xy\displaystyle xy평면 위에 내린 수선의 발 (0,−3),(1,0)\displaystyle (0,-\sqrt3),(1,0)사이의 거리도 2이므로 평면 π\displaystyle \pi 위에서 직선 ℓ\displaystyle \ell과 X\displaystyle X축이 이루는 각은 π4\displaystyle \frac\pi4이다. 따라서, XY\displaystyle XY평면에서 직선 ℓ\displaystyle \ell의 방정식은 Y=−X−m (m>0)\displaystyle Y=-X-m\ (m>0)꼴이다.

(단계 3) 직선 ℓ\displaystyle \ell의 절편 m\displaystyle m을 구하기 위해 점 P에서 ℓ\displaystyle \ell에 이르는 수직거리가 5임을 이용하면, ∣2+m∣2=5 ⇔ m=42\displaystyle \frac{|\sqrt2+m|}{\sqrt2}=5\ \Leftrightarrow\ m=4\sqrt2이다.

• 1-3번 문항

(단계 1) 반지가 xy\displaystyle xy평면과 가장 가까운 위치는 기울기가 −1\displaystyle -1인 직선이 접선 ℓ′\displaystyle \ell\prime이 되는 접점의 위치이므로 접선의 기울기가 −1\displaystyle -1인 타원 위의 점을 구하자.

X4+Y3dYdX=0\displaystyle \frac X4+\frac Y3\frac{dY}{dX}=0에서 −1=dYdX=−3X4Y ⇔ X=43Y\displaystyle -1=\frac{dY}{dX}=-\frac{3X}{4Y}\ \Leftrightarrow\ X=\frac43Y과 타원의 방정식으로부터 접점의 좌표는 (X,Y)=(−427,−327)\displaystyle (X,Y)=\left(-\frac{4\sqrt2}{\sqrt7},-\frac{3\sqrt2}{\sqrt7}\right)이다.

(단계 2) 따라서, 지면까지의 거리는 접점 (X,Y)=(−427,−327)\displaystyle (X,Y)=\left(-\frac{4\sqrt2}{\sqrt7},-\frac{3\sqrt2}{\sqrt7}\right)에서 직선 ℓ\displaystyle \ell까지의 수직거리이므로 ∣−327−427+42∣2=4−7\displaystyle \frac{\left|-\frac{3\sqrt2}{\sqrt7}-\frac{4\sqrt2}{\sqrt7}+4\sqrt2\right|}{\sqrt2}=4-\sqrt7이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.