성균관대 2021학년도 수시 자연계 2교시 수학1 · mathesis.kr/archive/skku/2021su/jayeongyo2_1
문제
[수학1]다음 <제시문1> ~ <제시문3>을 읽고 [수학1-ⅰ] ~ [수학1-ⅳ]를 문항별로 풀이와 함께 답하시오.
<제시문1>중심의 좌표가 이고 반지름의 길이가 인 원의 방정식은 다음과 같다.
<제시문2>초점이 이고 준선이 인 포물선의 방정식은 다음과 같다. (단, )
<제시문3>원 위의 임의의 점을 , 포물선 위의 임의의 점을 라고 하자.
[수학1-ⅰ] <제시문3>에서 원 의 중심과 점 사이의 거리가 항상 원 의 반지름보다 큼을 보이고 그 이유를 논하시오.
[수학1-ⅱ] <제시문3>의 두 점 , 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 와 점 를 구하고 그 이유를 논하시오.
[수학1-ⅲ] 문항 [수학1-ⅱ]에서 구한 점 에서 <제시문3>의 원 에 그은 두 접선의 방정식을 구하고 그 이유를 논하시오.
[수학1-ⅳ] 문항 [수학1-ⅲ]에서 구한 두 접선이 이루는 각의 크기를 (단,)라고 할 때, 의 값을 구하고 그 이유를 논하시오.
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[수학1-ⅰ]
원 의 중심과 포물선 위의 점 사이의 거리의 제곱을 라고 하면, 함수 는 다음과 같다.원 의 중심과 점 사이의 거리가 항상 원 의 반지름보다 큼을 보이기 위해서, 함수 의 최솟값이 원 의 반지름의 제곱보다 큼을 보이면 된다. 이에 함수 의 도함수를 이용하여 아래와 같이 의 증가와 감소를 표로 나타낸다. 이므로 에서 또는 또는
| ⋯ | −2 | ⋯ | −1 | ⋯ | 3 | ⋯ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| − | 0 | + | 0 | − | 0 | + | |
| ↘ | ↗ | ↘ | ↗ |
그러므로 의 최솟값은 이다. 따라서, 원 의 중심과 점 사이의 거리의 최솟값은 원의 반지름 보다 크다.
[수학1-ⅱ]
원 밖에 있는 포물선 위의 점 가 주어지면, 점 와 원 위의 임의의 점 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 는 점 와 원 의 중심을 지나는 직선 위에 있고, 그 거리는 점 와 원 의 중심 사이의 거리에서 원 의 반지름을 뺀 것과 같다. 따라서, 임의의 두 점 , 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 와 점 는 다음과 같이 구할 수 있다. 먼저 포물선 위의 점 중에서 원 의 중심과의 거리가 최소인 점이 구하고자 하는 점 가 된다. 이 점 와 원 의 중심을 지나는 직선을 이라고 하면, 직선 과 원 의 두 교점 중 점 에 가까운 점이 구하고자 하는 점 가 된다. 앞의 [수학1-ⅰ]로부터 점 와 원 의 중심 사이의 거리가 최소가 되도록 하는 점 는 이다. 그리고 점 과 원 의 중심 을 지나는 직선 의 방정식은이다. 또한 직선 과 원 과의 두 교점 또는 중 점 에 가까운 점은 이다.
즉, 구하고자 하는 점 는 이고, 점 는 이다.
[수학1-ⅲ]
점 에서 원 에 그은 접선은 점 를 지나므로 접선의 방정식은 다음과 같다. 또는 직선의 방정식 를 원 의 방정식에 대입하여 얻은 이차방정식의 판별식을 라 하면, 에서한편 직선 과 원 는 만나지 않는다. 그러므로 구하고자 하는 두 접선의 방정식은
[수학1-ⅳ]
두 접선의 방정식이 이루는 각의 크기를 라고 하며, 의 값은 원 의 반지름 을 점 에서 원 의 중심 사이의 거리 으로 나눈 값이다. 즉,따라서 이고, 삼각함수의 덧셈정리를 이용하면
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