수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

수리형 2번

문제

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해설강의 준비중

[문제 2-ⅰ]

+5점 · 이차방정식이 서로 다른 두 실근을 가질 조건을 k\displaystyle k에 대한 조건으로 표현할 수 있다.

이차방정식 (1k2)x22kx2=0\displaystyle (1-k^{2})x^{2}-2kx-2=0이 두 개의 서로 다른 실근을 가져야 하므로,D=k2+2(1k2)>0\displaystyle D=k^{2}+2(1-k^{2})>0이 성립한다. 따라서, 2<k<2\displaystyle -\sqrt{2}<k<\sqrt{2}이고 k±1\displaystyle k\ne\pm1이다.

+5점 · 가능한 k\displaystyle k의 값을 모두 구할 수 있다.

x1+x2=2k1k2\displaystyle x_{1}+x_{2}=\frac{2k}{1-k^{2}}이므로, 두 점 P1,P2\displaystyle \mathrm{P}_{1},\mathrm{P}_{2}의 중점의 x\displaystyle x좌표는 k1k2\displaystyle \frac{k}{1-k^{2}}이다.문제의 직선이 y\displaystyle y축과 만나지 않기 위해서는 k1k2=2\displaystyle \frac{k}{1-k^{2}}=2, 즉 2k2+k2=0\displaystyle 2k^{2}+k-2=0이 성립해야 하고 k=1±174\displaystyle k=\frac{-1\pm\sqrt{17}}{4}이다. 이 두 개의 k\displaystyle k의 값 모두 위에서 구한 부등식을 만족한다.

[문제 2-ⅱ]

+5점 · 가능한 k\displaystyle k값의 범위를 구할 수 있다.

이차방정식 (1k2)x22kx2=0\displaystyle (1-k^{2})x^{2}-2kx-2=0이 두 개의 서로 다른 양의 실근을 가져야 하므로,x1+x2=2k1k2>0, x1x2=21k2>0, D=k2+2(1k2)>0\displaystyle x_{1}+x_{2}=\frac{2k}{1-k^{2}}>0,\ x_{1}x_{2}=\frac{-2}{1-k^{2}}>0,\ D=k^{2}+2(1-k^{2})>0이 성립한다. 따라서, 2<k<1\displaystyle -\sqrt{2}<k<-1이다.

+5점 · 선분의 길이를 구할 수 있다.

이때, 두 점 P1,P2\displaystyle \mathrm{P}_{1},\mathrm{P}_{2}의 중점의 좌표는 (k1k2,11k2)\displaystyle \left(\frac{k}{1-k^{2}},\frac{1}{1-k^{2}}\right)이므로, 11k2k1k22=c2\displaystyle \frac{\frac{1}{1-k^{2}}}{\frac{k}{1-k^{2}}-2}=\frac{c}{-2}를 얻게 되어c=22k2k+2\displaystyle c=\frac{2}{-2k^{2}-k+2}가 성립한다. 2<k<1\displaystyle -\sqrt{2}<k<-1에 대해 2+2<2k2k+2<1\displaystyle -2+\sqrt{2}<-2k^{2}-k+2<1이므로, c<22\displaystyle c<-2-\sqrt{2} 혹은 c>2\displaystyle c>2이다. 따라서, 문제의 선분은 점 (0,22)\displaystyle (0,-2-\sqrt{2})와 점 (0,2)\displaystyle (0,2)를 연결하므로, 그 길이는 4+2\displaystyle 4+\sqrt{2}이다.

[문제 2-ⅲ]

+3점 · 점 P1,T,B\displaystyle \mathrm{P}_{1},\mathrm{T},\mathrm{B}의 좌표를 구할 수 있다.

[문제 2-ⅱ]와 대칭성으로부터 k=2\displaystyle k=\sqrt{2}이다. 즉, 문제에서 주어진 직선의 방정식은 y=2x+1\displaystyle y=\sqrt{2}x+1, 이차함수는 y=12x2\displaystyle y=-\frac{1}{2}x^{2}이고, 점 P1\displaystyle \mathrm{P}_{1}의 좌표는 P1(2,1)\displaystyle \mathrm{P}_{1}(-\sqrt{2},-1)이다.따라서, 직선 P1T\displaystyle \mathrm{P}_{1}\mathrm{T}의 방정식은 y=12x2\displaystyle y=-\frac{1}{\sqrt{2}}x-2이고 T(22,4)\displaystyle \mathrm{T}(2\sqrt{2},-4)이다.이로부터 직선 TB\displaystyle \mathrm{TB}의 방정식은 y=22x+4\displaystyle y=-2\sqrt{2}x+4가 되어 B(12,2)\displaystyle \mathrm{B}\left(\frac{1}{\sqrt{2}},2\right)이다.

+2점 · 삼각형의 넓이를 구할 수 있다.

이로부터 직각삼각형 P1TB\displaystyle \mathrm{P}_{1}\mathrm{TB}에서 P1T=33\displaystyle \overline{\mathrm{P}_{1}\mathrm{T}}=3\sqrt{3}, P1B=326\displaystyle \overline{\mathrm{P}_{1}\mathrm{B}}=\frac{3}{2}\sqrt{6}이므로, 그 넓이는 2742\displaystyle \frac{27}{4}\sqrt{2}이다.

+5점 · 정적분을 이용하여 각 영역의 넓이를 구할 수 있다.

이제 두 영역 중에서 아래에 놓인 부분의 넓이는222(12x2+12x+2)dx=922\displaystyle \int_{-\sqrt{2}}^{2\sqrt{2}}\left(-\frac{1}{2}x^{2}+\frac{1}{\sqrt{2}}x+2\right)dx=\frac{9}{2}\sqrt{2}이므로 나머지 영역의 넓이는 942\displaystyle \frac{9}{4}\sqrt{2}이고, 두 영역의 넓이의 비는 2:1\displaystyle 2:1이다.

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