세종대 2015학년도 수시 자연계열 A 1번 · mathesis.kr/archive/sejong/2015su/jayeona_1
문제
[문제 1] 아래 글을 읽고, 각 물음에 답하시오.
반지를 끼운 실의 양 끝점이 좌표공간의 두 점 와 에 고정되어 있고, 실의 길이는 이다. (모든 길이의 단위는 m로 생각한다.) 점 P의 위치에서부터 실을 타고 움직인 반지는 평면과 가장 가까운 위치에서 더 이상 움직이지 않게 된다.

(1-1) 점 P에서 출발한 반지가 실이 팽팽해진 이후 움직이는 궤적은 어떤 이차곡선의 일부가 된다. 이차곡선의 정의를 이용하여, 해당되는 이차곡선이 무엇인지 설명하시오.
한편, 반지가 평면과 가장 가까운 위치의 점 R에서 멈췄을 때, 세 점 P, Q, R는 한 평면 를 결정한다. [그림 2]에서처럼 평면 위에서 두 점 P와 Q의 중점이 원점이 되도록 좌표축 를 잡자. 이때, 평면 위에서 반지의 궤적을 포함하는 이차곡선의 방정식을 구하시오. (10점)
(1-2) 평면과 평면의 교선 의 방정식은 평면 위에서 가 된다. 상수 의 값을 각각 구하시오. (10점)
(1-3) 반지가 평면과 가장 가까운 위치의 점 R에서 멈췄을 때, 점 R에서 평면까지 이르는 수직거리를 구하시오. (10점)
세종대 2015학년도 수시 자연계열 A 1번 · mathesis.kr/archive/sejong/2015su/jayeona_1
• 1-1번 문항
(1) 반지의 위치를 R라 하면, 양 끝점으로부터 반지까지의 거리의 합 가 로 일정하다. 따라서, 반지가 움직이는 궤적은 타원의 일부이다.
(2) 두 점 P, Q 사이의 거리가 이고, P, Q를 지나는 직선이 축, P, Q의 중점이 원점이므로 초점의 좌표는 과 이다.
또, 실의 길이가 이므로 축과 만나는 점의 좌표는 , 축과 만나는 점의 좌표는 이다.
따라서, 구하는 타원의 방정식은 이다.
• 1-2번 문항
(단계 1) 반지가 평면과 가장 가까운 위치에서 멈췄을 때, 반지의 위치와 두 점 P, Q가 이루는 평면 는 평면과 수직인 평면이다, 이때, 두 평면의 교선을 이라 하자.

(단계 2) 두 점 P, Q에서 평면까지 이르는 수직거리의 차가 이고, 두 점에서 평면 위에 내린 수선의 발 사이의 거리도 2이므로 평면 위에서 직선 과 축이 이루는 각은 이다. 따라서, 평면에서 직선 의 방정식은 꼴이다.
(단계 3) 직선 의 절편 을 구하기 위해 점 P에서 에 이르는 수직거리가 5임을 이용하면, 이다.
• 1-3번 문항
(단계 1) 반지가 평면과 가장 가까운 위치는 기울기가 인 직선이 접선 이 되는 접점의 위치이므로 접선의 기울기가 인 타원 위의 점을 구하자.
에서 과 타원의 방정식으로부터 접점의 좌표는 이다.
(단계 2) 따라서, 지면까지의 거리는 접점 에서 직선 까지의 수직거리이므로 이다.
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