수리논술, 이게 다다.

자연계 2교시 수학1

오류 제보

문제

[수학1]다음 <제시문1> ~ <제시문3>을 읽고 [수학1-ⅰ] ~ [수학1-ⅳ]를 문항별로 풀이와 함께 답하시오.

<제시문1>중심의 좌표가 (a,b)\displaystyle (a,b)이고 반지름의 길이가 r\displaystyle r인 원의 방정식은 다음과 같다.(x−a)2+(y−b)2=r2\displaystyle (x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}

<제시문2>초점이 (0,p)\displaystyle (0,p)이고 준선이 y=−p\displaystyle y=-p인 포물선의 방정식은 다음과 같다.x2=4py\displaystyle x^{2}=4py (단, p≠0\displaystyle p\ne0)

<제시문3>원 C:(x−12)2+(y−152)2=36\displaystyle C:(x-12)^{2}+\left(y-\frac{15}{2}\right)^{2}=36 위의 임의의 점을 A\displaystyle \mathrm{A}, 포물선 P:y=x2\displaystyle P:y=x^{2} 위의 임의의 점을 B\displaystyle \mathrm{B}라고 하자.

[수학1-ⅰ] <제시문3>에서 원 C\displaystyle C의 중심과 점 B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리가 항상 원 C\displaystyle C의 반지름보다 큼을 보이고 그 이유를 논하시오.

[수학1-ⅱ] <제시문3>의 두 점 A\displaystyle \mathrm{A}, B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 A\displaystyle \mathrm{A}와 점 B\displaystyle \mathrm{B}를 구하고 그 이유를 논하시오.

[수학1-ⅲ] 문항 [수학1-ⅱ]에서 구한 점 B\displaystyle \mathrm{B}에서 <제시문3>의 원 C\displaystyle C에 그은 두 접선의 방정식을 구하고 그 이유를 논하시오.

[수학1-ⅳ] 문항 [수학1-ⅲ]에서 구한 두 접선이 이루는 각의 크기를 θ\displaystyle \theta (단,0<θ≤π2\displaystyle 0<\theta\le\frac{\pi}{2})라고 할 때, sin⁡θ\displaystyle \sin\theta의 값을 구하고 그 이유를 논하시오.

해설강의 준비중
+7점 · 원 C\displaystyle C의 중심과 점 B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리를 함수로 표현하고, 이 함수의 그래프의 개형에 대한 이해를 통해 최솟값을 얻고, 이 최솟값이 원 C\displaystyle C의 반지름보다 큼을 올바르게 유도할 수 있다.

[수학1-ⅰ]

원 C\displaystyle C의 중심과 포물선 P\displaystyle P 위의 점 B(x,x2)\displaystyle \mathrm{B}(x,x^{2}) 사이의 거리의 제곱을 f(x)\displaystyle f(x)라고 하면, 함수 f(x)\displaystyle f(x)는 다음과 같다.f(x)=(x−12)2+(x2−152)2=x4−14x2−24x+8014\displaystyle f(x)=(x-12)^{2}+\left(x^{2}-\frac{15}{2}\right)^{2}=x^{4}-14x^{2}-24x+\frac{801}{4}원 C\displaystyle C의 중심과 점 B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리가 항상 원 C\displaystyle C의 반지름보다 큼을 보이기 위해서, 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 최솟값이 원 C\displaystyle C의 반지름의 제곱보다 큼을 보이면 된다. 이에 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 도함수를 이용하여 아래와 같이 f(x)\displaystyle f(x)의 증가와 감소를 표로 나타낸다.f′(x)=4x3−28x−24=4(x+2)(x+1)(x−3)\displaystyle f^{\prime}(x)=4x^{3}-28x-24=4(x+2)(x+1)(x-3) 이므로 f′(x)=0\displaystyle f^{\prime}(x)=0에서x=−2\displaystyle x=-2 또는 x=−1\displaystyle x=-1 또는 x=3\displaystyle x=3

xx⋯−2⋯−1⋯3⋯
f′(x)f^{\prime}(x)−0+0−0+
f(x)f(x)↘8334\frac{833}4↗8454\frac{845}4↘3334\frac{333}4↗

그러므로 f(x)\displaystyle f(x)의 최솟값은 3334\displaystyle \frac{333}{4}이다. 따라서, 원 C\displaystyle C의 중심과 점 B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리의 최솟값3334=3237\displaystyle \sqrt{\frac{333}{4}}=\frac{3}{2}\sqrt{37}은 원의 반지름 6\displaystyle 6보다 크다.

+8점 · [수학1-ⅰ]에서 얻은 결과를 해석하고 원과 직선이 만나는 교점을 이용하여, 두 점 A\displaystyle \mathrm{A}, B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 A\displaystyle \mathrm{A}와 점 B\displaystyle \mathrm{B}를 올바르게 유도할 수 있다.

[수학1-ⅱ]

원 C\displaystyle C 밖에 있는 포물선 P\displaystyle P 위의 점 B\displaystyle \mathrm{B}가 주어지면, 점 B\displaystyle \mathrm{B}와 원 위의 임의의 점 A\displaystyle \mathrm{A} 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 A\displaystyle \mathrm{A}는 점 B\displaystyle \mathrm{B}와 원 C\displaystyle C의 중심을 지나는 직선 위에 있고, 그 거리는 점 B\displaystyle \mathrm{B}와 원 C\displaystyle C의 중심 사이의 거리에서 원 C\displaystyle C의 반지름을 뺀 것과 같다. 따라서, 임의의 두 점 A\displaystyle \mathrm{A}, B\displaystyle \mathrm{B} 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 A\displaystyle \mathrm{A}와 점 B\displaystyle \mathrm{B}는 다음과 같이 구할 수 있다. 먼저 포물선 P\displaystyle P 위의 점 중에서 원 C\displaystyle C의 중심과의 거리가 최소인 점이 구하고자 하는 점 B\displaystyle \mathrm{B}가 된다. 이 점 B\displaystyle \mathrm{B}와 원 C\displaystyle C의 중심을 지나는 직선을 l\displaystyle l이라고 하면, 직선 l\displaystyle l과 원 C\displaystyle C의 두 교점 중 점 B\displaystyle \mathrm{B}에 가까운 점이 구하고자 하는 점 A\displaystyle \mathrm{A}가 된다. 앞의 [수학1-ⅰ]로부터 점 B(x,x2)\displaystyle \mathrm{B}(x,x^{2})와 원 C\displaystyle C의 중심 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 B\displaystyle \mathrm{B}는 (3,9)\displaystyle (3,9)이다. 그리고 점 B(3,9)\displaystyle \mathrm{B}(3,9)과 원 C\displaystyle C의 중심 (12,152)\displaystyle \left(12,\frac{15}{2}\right)을 지나는 직선 l\displaystyle l의 방정식은y=−16x+192\displaystyle y=-\frac16 x+\frac{19}{2}이다. 또한 직선 l\displaystyle l과 원 C:(x−12)2+(y−152)2=36\displaystyle C:(x-12)^{2}+\left(y-\frac{15}{2}\right)^{2}=36과의 두 교점(12+3637,152−637)\displaystyle \left(12+\frac{36}{\sqrt{37}},\frac{15}{2}-\frac{6}{\sqrt{37}}\right) 또는 (12−3637,152+637)\displaystyle \left(12-\frac{36}{\sqrt{37}},\frac{15}{2}+\frac{6}{\sqrt{37}}\right)중 점 B(3,9)\displaystyle \mathrm{B}(3,9)에 가까운 점은 (12−3637,152+637)\displaystyle \left(12-\frac{36}{\sqrt{37}},\frac{15}{2}+\frac{6}{\sqrt{37}}\right)이다.

즉, 구하고자 하는 점 A\displaystyle \mathrm{A}는 (12−3637,152+637)\displaystyle \left(12-\frac{36}{\sqrt{37}},\frac{15}{2}+\frac{6}{\sqrt{37}}\right)이고, 점 B\displaystyle \mathrm{B}는 (3,9)\displaystyle (3,9)이다.

+8점 · 원과 직선의 위치 관계를 이해함으로써 점 B\displaystyle \mathrm{B}에서 원 C\displaystyle C에 그은 접선의 방정식을 올바르게 유도할 수 있다.

[수학1-ⅲ]

점 B(3,9)\displaystyle \mathrm{B}(3,9)에서 원 C:(x−12)2+(y−152)2=36\displaystyle C:(x-12)^{2}+\left(y-\frac{15}{2}\right)^{2}=36에 그은 접선은 점 B(3,9)\displaystyle \mathrm{B}(3,9)를 지나므로 접선의 방정식은 다음과 같다.y=m(x−3)+9\displaystyle y=m(x-3)+9 또는 x=3\displaystyle x=3직선의 방정식 y=m(x−3)+9\displaystyle y=m(x-3)+9를 원 C\displaystyle C의 방정식에 대입하여 얻은 이차방정식(m2+1)x2−3(2m2−m+8)x+(9m2−9m+4414)=0\displaystyle (m^{2}+1)x^{2}-3(2m^{2}-m+8)x+\left(9m^{2}-9m+\frac{441}{4}\right)=0의 판별식을 D\displaystyle D라 하면, D=−9(20m2+12m−15)=0\displaystyle D=-9(20m^{2}+12m-15)=0에서m=110(−3±221)\displaystyle m=\frac{1}{10}(-3\pm2\sqrt{21})한편 직선 x=3\displaystyle x=3과 원 C\displaystyle C는 만나지 않는다. 그러므로 구하고자 하는 두 접선의 방정식은y=110(−3±221)(x−3)+9\displaystyle y=\frac{1}{10}(-3\pm2\sqrt{21})(x-3)+9

+7점 · 삼각함수의 덧셈정리를 활용하여 접선이 이루는 각의 크기 θ\displaystyle \theta에 대한 sin⁡θ\displaystyle \sin\theta의 값을 올바르게 유도할 수 있다.

[수학1-ⅳ]

두 접선의 방정식이 이루는 각의 크기를 θ\displaystyle \theta라고 하며, sin⁡θ2\displaystyle \sin\frac{\theta}{2}의 값은 원 C\displaystyle C의 반지름 r=6\displaystyle r=6을 점 B(3,9)\displaystyle \mathrm{B}(3,9)에서 원 C\displaystyle C의 중심 O′\displaystyle \mathrm{O}^{\prime} 사이의 거리 r′=BO′‾=3334=3237\displaystyle r^{\prime}=\overline{\mathrm{BO}^{\prime}}=\sqrt{\frac{333}{4}}=\frac32\sqrt{37}으로 나눈 값이다. 즉,sin⁡θ2=rr′=437\displaystyle \sin\frac{\theta}{2}=\frac{r}{r^{\prime}}=\frac4{\sqrt{37}}따라서 cos⁡θ2=1−sin⁡2θ2=2137\displaystyle \cos\frac{\theta}{2}=\sqrt{1-\sin^{2}\frac{\theta}{2}}=\sqrt{\frac{21}{37}}이고, 삼각함수의 덧셈정리를 이용하면sin⁡θ=2sin⁡θ2cos⁡θ2=83721\displaystyle \sin\theta=2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}=\frac8{37}\sqrt{21}

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.