수리논술, 이게 다다.

자연계 1교시 수학2

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문제

[ 수학 2 ]다음 <제시문1> ~ <제시문5>를 읽고 [수학 2]를 풀이와 함께 답하시오.

<제시문1>좌표평면에서 제1사분면의 점들 전체의 집합을 H\displaystyle H라 한다.

<제시문2>실수 a(a>4)\displaystyle a(a>4)가 주어져 있을 때, 좌표평면의 두 점 E(2,0)\displaystyle \mathrm{E}(2,0), E′(−2,0)\displaystyle \mathrm{E}^{\prime}(-2,0)으로부터의 거리의 합이 2a\displaystyle 2\sqrt a 로 일정한 점들 전체의 집합을 A\displaystyle A라 한다.

<제시문3><제시문2>에서 주어진 실수 a(a>4)\displaystyle a(a>4)에 대하여, 좌표평면의 두 점 F(a,0)\displaystyle \mathrm{F}(\sqrt a,0), F′(−a,0)\displaystyle \mathrm{F}^{\prime}(-\sqrt a,0)으로부터의 거리의 차가 4\displaystyle 4 로 일정한 점들 전체의 집합을 B\displaystyle B라 한다.

<제시문4>원점 O(0,0)\displaystyle \mathrm{O}(0,0)으로부터의 거리가 5\displaystyle \sqrt5로 일정한 점들 전체의 집합을 C\displaystyle C라 한다.

<제시문5>유한개의 원소를 가지는 임의의 집합 D\displaystyle D에 대하여 n(D)\displaystyle n(D)는 집합 D\displaystyle D의 원소의 개수를 나타낸다.

[수학 2] n(A∩B∩C∩H)=1\displaystyle n(A\cap B\cap C\cap H)=1이 되는 a\displaystyle a의 값을 구하고, 그 이유를 논하시오.

해설강의 준비중
수학2 · 타원의 방정식을 찾을 수 있다.

[수학 2]집합 A\displaystyle A는(x+2)2+y2+(x−2)2+y2=2a\displaystyle \sqrt{(x+2)^2+y^2}+\sqrt{(x-2)^2+y^2}=2\sqrt a를 만족하는 점들의 집합이다. 이를 정리하면 타원x2a+y2a−4=1−−−−−−−−− (1)\displaystyle \frac{x^2}a+\frac{y^2}{a-4}=1\qquad ---------\ (1)의 그래프를 얻는다.

수학2 · 쌍곡선의 방정식을 찾을 수 있다.

집합 B\displaystyle B는∣(x+a)2+y2−(x−a)2+y2∣=4\displaystyle \left|\sqrt{(x+\sqrt a)^2+y^2}-\sqrt{(x-\sqrt a)^2+y^2}\right|=4를 만족하는 점들의 집합이다. 이를 정리하면 쌍곡선x24−y2a−4=1−−−−−−−−−− (2)\displaystyle \frac{x^2}4-\frac{y^2}{a-4}=1\qquad ----------\ (2)을 얻는다.

수학2 · 타원과 쌍곡선의 방정식을 이용하여 x2\displaystyle x^2, y2\displaystyle y^2의 값을 구할 수 있다.

두 식 (1)과 (2)를 더하면 x2=8aa+4\displaystyle x^2=\frac{8a}{a+4}를 얻고, 이를 다시 (1), (2) 중 하나에 대입하면 y2=(a−4)2a+4\displaystyle y^2=\frac{(a-4)^2}{a+4}를 얻는다.

수학2 · 원의 방정식을 찾을 수 있다.
수학2 · 원의 방정식과 연립하여 문제의 조건에 맞는 a\displaystyle a를 찾을 수 있다.

이 값을 x2+y2=5\displaystyle x^2+y^2=5에 대입하면 a2+16a+4=5\displaystyle \frac{a^2+16}{a+4}=5, 즉, a2−5a−4=0\displaystyle a^2-5a-4=0를 얻는다.이 방정식의 해는 a=5±412\displaystyle a=\frac{5\pm\sqrt{41}}2이고 이 중 문제의 조건에 부합하는 해는 a=5+412\displaystyle a=\frac{5+\sqrt{41}}2 이다.

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