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자연계열 수학2

문제

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해설강의 준비중

[수학2-ⅰ]

+5점 · 방정식 (1)을 유도할 수 있다.

직선 \displaystyle \ell의 기울기를 m\displaystyle m이라 하면:y=m(x1)\displaystyle \ell:y=m(x-1)이를 원 C\displaystyle C의 방정식 x2+y2=4\displaystyle x^{2}+y^{2}=4에 대입하고 정리하면(m2+1)x22m2x+m24=0\displaystyle (m^{2}+1)x^{2}-2m^{2}x+m^{2}-4=0 (1)을 얻는다.

+5점 · 근과 계수의 관계를 이용하여 PP1×PP2\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}\times\overline{\mathrm{PP}_{2}}의 값이 일정함을 보일 수 있다

(1)의 두 근을 a,b\displaystyle a,b라 하면 일반성을 잃지 않고 P1(a,4a2)\displaystyle \mathrm{P}_{1}(a,\sqrt{4-a^{2}}) P2(b,4b2)\displaystyle \mathrm{P}_{2}(b,-\sqrt{4-b^{2}})라 쓸 수 있다.

따라서PP12×PP22={(a1)2+4a2}{(b1)2+4b2}=(52a)(52b)=2510(a+b)+4ab\displaystyle \begin{aligned}\overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}\times\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}&=\{(a-1)^{2}+4-a^{2}\}\{(b-1)^{2}+4-b^{2}\}\\&=(5-2a)(5-2b)\\&=25-10(a+b)+4ab\end{aligned}그런데 (1)과 근과 계수의 관계로 부터a+b=2m2m2+1, ab=m24m2+1\displaystyle a+b=\frac{2m^{2}}{m^{2}+1},\ ab=\frac{m^{2}-4}{m^{2}+1} (2)이므로PP12×PP22=25102m2m2+1+4m24m2+1=9\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}\times\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}=25-10\frac{2m^{2}}{m^{2}+1}+4\frac{m^{2}-4}{m^{2}+1}=9따라서PP1×PP2=3\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}\times\overline{\mathrm{PP}_{2}}=3

[수학2-ⅱ]

+5점 · 산술기하 평균을 이용하여 최솟값을 구할 수 있다.

PP1×PP2=3\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}\times\overline{\mathrm{PP}_{2}}=3 이므로 산술평균, 기하평균의 관계로부터PP12+PP222PP1×PP2=6\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}+\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}\ge2\overline{\mathrm{PP}_{1}}\times\overline{\mathrm{PP}_{2}}=6 을 얻는다.

+5점 · 등호가 성립하는 경우를 설명할 수 있다.

따라서 PP12+PP22\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}+\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}의 최솟값은 6이다. (단, 등호는 PP1=PP2=3\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}=\overline{\mathrm{PP}_{2}}=\sqrt3 일 때 성립한다.)이때 a=b=1\displaystyle a=b=1이고 \displaystyle \ellx\displaystyle x축에 수직일 때이다.

[수학2-ⅲ]

+5점 · PP12+PP22\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}+\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}m\displaystyle m을 이용하여 나타낼 수 있다.

근과 계수의 관계 (2)로 부터PP12+PP22=(a1)2+4a2+(b1)2+4b2=102(a+b)=6m2+10m2+1=6+4m2+1\displaystyle \begin{aligned}\overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}+\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}&=(a-1)^{2}+4-a^{2}+(b-1)^{2}+4-b^{2}\\&=10-2(a+b)\\&=\frac{6m^{2}+10}{m^{2}+1}\\&=6+\frac4{m^{2}+1}\end{aligned}

+5점 · 최댓값을 정확히 구할 수 있다.

X=m2\displaystyle X=m^{2}라 두면 PP12+PP22=6+4X+1\displaystyle \overline{\mathrm{PP}_{1}}^{2}+\overline{\mathrm{PP}_{2}}^{2}=6+\frac4{X+1}이 되고 이는 X0\displaystyle X\ge0에서 정의된 감소 함수이므로, X=m=0\displaystyle X=m=0에서 최댓값 10을 가진다.

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