그림과 같이 평면 위의 네 점 A(0,0), B(4,0), C(4,4), D(0,4)로 이루어진 정사각형 모양의 종이 ABCD가 있다. 이 종이를 점 B가 변 CD 위에 오도록 접을 때, 접히는 선을 선분 GH라 하자. 이 선분 GH에 대하여 점 B의 대칭인 CD 위의 점을 E라 하고, 점 A의 대칭인 점을 F라 하자. 또한 선분 AB가 접히는 선분 GH에 대하여 대칭 이동한 선분 FE가 선분 AD와 만나는 점을 K라 하자. 점 D와 점 E 사이의 거리는 t라 하자.
[2.1] 점 H의 y좌표를 t에 관한 식으로 나타내시오.
[2.2] 직각삼각형 △CEH, △DKE, △FKG는 닮은 삼각형이다. 세 삼각형 △CEH와 △DKE, 그리고 △FKG의 닮음비를 a:t:b라 할 때, a,b를 t에 관한 식으로 나타내시오.
[2.3] 직각삼각형 △CEH의 넓이가 최대가 될 때, 점 E의 x좌표를 구하시오.
해설강의 준비중
서울과학기술대 2020학년도 모의논술 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/seoultech/2020mo/jayeon_2
[2.1]
점 D로부터 점 E까지 이동한 거리를 t라 하고 점 B로부터 점 H까지의 거리를 h라 하자.정사각형 ABCD의 한 변의 길이는 4이므로, 점 E와 점 C 사이의 거리 EC=4−t, 점 C와 점 H 사이의 거리 CH=4−h이다.삼각형 △CEH는 직각삼각형이므로 피타고라스의 정리에 의해,h2⇒h2⇒8h⇒h=(4−t)2+(4−h)2=(4−t)2+16−8h+h2=(4−t)2+16=8t2−8t+32or8t2−t+4이므로 H의 y좌표는 8t2−t+4이다.
[2.2] 삼각형의 닮음비는 닮은 삼각형의 대응하는 변의 길이의 비와 같다.따라서, 세 삼각형 △CEH와 △DKE, 그리고 △FKG의 닮음비는 세 변의 길이 CH,DE,FG의 비와 같다.DE=t로 놓으면, [2.1]에서 구한 h를 이용하여CH=4−h=4−8t2−8t+32=−8t2−8tort−8t2or88t−t2이다.FG를 구하기 위해서는 사각형 □ABHG와 사각형 □FEHG는 합동이고 대각선 EG=BG임을 이용한다.b2=FG2=AG2=BG2−AB2=EG2−42=ED2+DG2−42=t2+(4−b)2−42b2⇒8b⇒b=t2+16−8b+b2−16=t2=8t2따라서 세 삼각형 △CEH와 △DKE, 그리고 △FKG의 닮음비 =CH:DE:FG=88t−t2:t:8t2이므로 a=88t−t2, b=8t2이다.
[2.3] 삼각형 △CEH의 넓이 f(t)는f(t)=218t(8−t)⋅(4−t)=161t(8−t)(4−t)=161(t3−12t2+32t)로 나타낼 수 있다. 3차 함수의 최댓값을 구하기 위해 미분을 이용한다.f′(t)=161(3t2−24t+32)⇒t=3−(−12)±(−12)2−3⋅32=34(3±3)0≤t≤4이고, t=34(3−3)에서 극댓값을 가지므로, t=34(3−3)에서 f(t)는 최대가 된다. 따라서 점 E의 x좌표는 34(3−3)이다.