수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중
+4점 · 점 A를 x\displaystyle x축에 대하여 대칭이동하여 얻은 점 A(t,t)\displaystyle \mathrm{A}^{\prime}(t,-\sqrt t)와 점 B를 지나는 직선의 x\displaystyle x절편이 점 P의 x\displaystyle x좌표이다. 이 직선의 방정식은 y=12t(xt)t=12tx32t\displaystyle y=\frac1{2\sqrt t}(x-t)-\sqrt t=\frac1{2\sqrt t}x-\frac32\sqrt t

[2.1]점 A를 x\displaystyle x축에 대하여 대칭이동하여 얻은 점 A(t,t)\displaystyle \mathrm{A}^{\prime}(t,-\sqrt t)와 점 B를 지나는 직선의 x\displaystyle x절편이 점 P의 x\displaystyle x좌표이다. 이 직선의 방정식은y=12t(xt)t=12tx32t\displaystyle y=\frac1{2\sqrt t}(x-t)-\sqrt t=\frac1{2\sqrt t}x-\frac32\sqrt t

+4점 · y=0\displaystyle y=0을 대입하면 점 P의 x\displaystyle x좌표는 3t\displaystyle 3t이다.

이므로, y=0\displaystyle y=0을 대입하면 점 P의 x\displaystyle x좌표는 3t\displaystyle 3t이다.

+4점 · f(x)=x\displaystyle f(x)=\sqrt x라 놓으면, f(x)=12x\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac1{2\sqrt x}이므로 직선 l1\displaystyle l_1의 방정식과 직선 l2\displaystyle l_2의 방정식은 각각 y=12tx+t2,y=16tx+32t\displaystyle y=\frac1{2\sqrt t}x+\frac{\sqrt t}2,\quad y=\frac1{6\sqrt t}x+\frac32\sqrt t 이다. 이 두 직선의 방정식을 연립하면 점 Q의 좌표는 (3t,2t)\displaystyle (3t,2\sqrt t)이다.

[2.2]f(x)=x\displaystyle f(x)=\sqrt x라 놓으면, f(x)=12x\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac1{2\sqrt x}이므로 직선 l1\displaystyle l_1의 방정식과 직선 l2\displaystyle l_2의 방정식은 각각y=12tx+t2,y=16tx+32t\displaystyle y=\frac1{2\sqrt t}x+\frac{\sqrt t}2,\quad y=\frac1{6\sqrt t}x+\frac32\sqrt t이다. 이 두 직선의 방정식을 연립하면 점 Q의 좌표는 (3t,2t)\displaystyle (3t,2\sqrt t)이다.

+8점 · 삼각형 PQO는 각 OPQ가 직각인 직각삼각형이고 PQ=2t\displaystyle \overline{\mathrm{PQ}}=2\sqrt t이므로 tan(PQO)=OPPQ=3t2t=32t\displaystyle \tan(\angle\mathrm{PQO})=\frac{\overline{\mathrm{OP}}}{\overline{\mathrm{PQ}}}=\frac{3t}{2\sqrt t}=\frac32\sqrt t 이다.

삼각형 PQO는 각 OPQ가 직각인 직각삼각형이고 PQ=2t\displaystyle \overline{\mathrm{PQ}}=2\sqrt t이므로tan(PQO)=OPPQ=3t2t=32t\displaystyle \tan(\angle\mathrm{PQO})=\frac{\overline{\mathrm{OP}}}{\overline{\mathrm{PQ}}}=\frac{3t}{2\sqrt t}=\frac32\sqrt t이다.

+8점 · cosθ+1cosθ=103\displaystyle \cos\theta+\frac1{\cos\theta}=-\frac{10}3이고, cosθ×1cosθ=1\displaystyle \cos\theta\times\frac1{\cos\theta}=1이므로 cosθ\displaystyle \cos\theta1cosθ\displaystyle \frac1{\cos\theta}을 두 근으로 하고 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 이차방정식은 이차방정식의 근과 계수의 관계에 의하여 x2+103x+1=0\displaystyle x^2+\frac{10}3x+1=0이다. x2+103x+1=(x+13)(x+3)=0\displaystyle x^2+\frac{10}3x+1=\left(x+\frac13\right)(x+3)=0이므로 이차방정식의 해는 x=3,13\displaystyle x=-3,-\frac13이고, 1cosθ1\displaystyle -1\leq\cos\theta\leq1이므로 cosθ=13\displaystyle \cos\theta=-\frac13이다. AP=t+4t2\displaystyle \overline{\mathrm{AP}}=\sqrt{t+4t^2}, BP=9t+36t2\displaystyle \overline{\mathrm{BP}}=\sqrt{9t+36t^2}, AB=4t+64t2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{4t+64t^2}이므로 코사인 법칙에 의해 cosθ=AP2+BP2AB22×AP×BP=14t1+4t=13\displaystyle \cos\theta=\frac{\overline{\mathrm{AP}}^2+\overline{\mathrm{BP}}^2-\overline{\mathrm{AB}}^2}{2\times\overline{\mathrm{AP}}\times\overline{\mathrm{BP}}}=\frac{1-4t}{1+4t}=-\frac13 이다.

[2.3]cosθ+1cosθ=103\displaystyle \cos\theta+\frac1{\cos\theta}=-\frac{10}3이고, cosθ×1cosθ=1\displaystyle \cos\theta\times\frac1{\cos\theta}=1이므로 cosθ\displaystyle \cos\theta1cosθ\displaystyle \frac1{\cos\theta}을 두 근으로 하고 최고차항의 계수가 1\displaystyle 1인 이차방정식은 이차방정식의 근과 계수의 관계에 의하여 x2+103x+1=0\displaystyle x^2+\frac{10}3x+1=0이다.x2+103x+1=(x+13)(x+3)=0\displaystyle x^2+\frac{10}3x+1=\left(x+\frac13\right)(x+3)=0이므로 이차방정식의 해는 x=3,13\displaystyle x=-3,-\frac13이고, 1cosθ1\displaystyle -1\leq\cos\theta\leq1이므로 cosθ=13\displaystyle \cos\theta=-\frac13이다.AP=t+4t2\displaystyle \overline{\mathrm{AP}}=\sqrt{t+4t^2}, BP=9t+36t2\displaystyle \overline{\mathrm{BP}}=\sqrt{9t+36t^2}, AB=4t+64t2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{4t+64t^2}이므로 코사인 법칙에 의해cosθ=AP2+BP2AB22×AP×BP=14t1+4t=13\displaystyle \cos\theta=\frac{\overline{\mathrm{AP}}^2+\overline{\mathrm{BP}}^2-\overline{\mathrm{AB}}^2}{2\times\overline{\mathrm{AP}}\times\overline{\mathrm{BP}}}=\frac{1-4t}{1+4t}=-\frac13이다.

+5점 · 마지막 등식을 풀면 t=12\displaystyle t=\frac12이다.

마지막 등식을 풀면 t=12\displaystyle t=\frac12이다.

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