좌표평면의 1사분면 위의 점 P(a,b) (a>0,b>0)가 있다. 빗변이 점 P를 지나고 나머지 두 변이 양의 x축, 양의 y축 위에 놓여 있는 직각삼각형 중 최소 넓이를 갖는 직각삼각형의 넓이를 F(a,b)라 할 때, 다음 문항에 답하시오 (〈그림 1(a)〉 참조).
(1)함수 F(a,b)의 식을 구하시오.
(2)타원 9x2+4y2=1 위에 있는 점 P(a,b) 중에서, F(a,b)가 최대가 되는 점 P를 구하시오. (〈그림 1(b)〉 참조)
문제 1-B 다음 제시문을 읽고 아래 논제에 답하시오. (30점)
(가)좌표공간에서 점 P(x1,y1,z1)을 지나고, 영벡터가 아닌 벡터 u=(a,b,c)에 평행한 직선 l의 방정식을 구하기 위하여 직선 l 위의 임의의 점을 X(x,y,z)라 하면 벡터 PX는 u와 평행하므로 PX=tu가 되는 t가 존재한다. PX=X−P이므로 X=P+tu가 성립하고, 이 식을 성분으로 나타내면 x=x1+at, y=y1+bt, z=z1+ct가 된다. abc=0인 경우, 이 식에서 t를 소거하면 다음의 직선의 방정식을 얻는다.ax−x1=by−y1=cz−z1[출처 : 기하와 벡터 「직선과 평면의 방정식」](나)영벡터가 아닌 두 벡터 a, b가 이루는 각의 크기가 θ일 때, 벡터 a, b의 내적은a⋅b=∣a∣∣b∣cosθ로 정의한다. 그리고 a=0 또는 b=0일 때에는 a⋅b=0으로 정의한다. 공간벡터 a=(a1,a2,a3), b=(b1,b2,b3), c=(c1,c2,c3)에 대하여 다음의 법칙들이 성립한다.①a⋅b=a1b1+a2b2+a3b3②a⋅b=b⋅a③a⋅(b+c)=a⋅b+a⋅c④(ka)⋅b=k(a⋅b)(단, k는 실수)[출처 : 기하와 벡터 「벡터의 성분과 내적」]
좌표공간 위에 주어진 두 직선L1:4x−4=−5y+6=2z−5L2:x+1=y+1=−(z−8)에 대하여 다음 문항에 답하시오.
(1)점 A는 점 (4,−6,5)에서 출발하여, 직선 L1을 따라 x가 감소하는 방향으로 시간당 35의 일정한 속력으로 움직인다. 한편, 점 B는 점 (−1,−1,8)에서 출발하여, 직선 L2를 따라 x가 감소하는 방향으로 시간당 3의 일정한 속력으로 움직인다. 두 점 A, B가 동시에 출발한다고 할 때, 두 점의 거리가 가장 가까워지는 것은 출발 뒤 몇 시간 후인지 구하시오.
(2)두 직선 L1,L2와 각각 수직으로 만나는 직선을 L이라고 하자. 이때, L1과 L의 교점 P1, L2와 L의 교점 P2를 각각 구하시오.
(3)문항 (2)에서 구한 P1,P2 사이의 거리가 두 직선 L1,L2 사이의 최소거리임을 보이시오. 즉, 직선 L1 위의 임의의 점 Q1과 직선 L2 위의 임의의 점 Q2에 대하여 부등식 ∣Q1Q2∣≥∣P1P2∣가 항상 성립함을 보이시오.[도움말 : Q1Q2=Q1P1+P1P2+P2Q2]
해설강의 준비중
숭실대 2015학년도 모의논술 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/ssu/2015mo/jayeon_1
1-A (1) · - S(m)=21(a−mb)(b−am)
- S′(m)=21⋅m2(b+am)(b−am)
- F(a,b)=2ab
문제 1-A(1) 점 P(a,b)를 지나는 기울기가 m인 직선, 양의 x축, 양의 y축이 결정하는 직각삼각형에 대하여, 그 면적을 S(m)이라고 하면S(m)=21(a−mb)(b−am)=21(2ab−a2m−mb2)이 된다. S(m)의 도함수를 구하면S′(m)=21⋅m2(b+am)(b−am)이다. a,b는 양수이고, 기울기 m은 음수이므로, S′의 부호는 m=−ab를 기준으로 음에서 양으로 변한다. 따라서 S(m)은 m=−ab일 때 최소값 S(−ab)=2ab를 갖는다. 그러므로F(a,b)=S(−ab)=2ab이다.
1-A (2) · - G(a)=34a9−a2(0<a<3)
- G′(a)=39−a24(9−2a2)
- 점 P(232,2)에서 최댓값 6
(2) 점 P(a,b)가 곡선 y=21−9x2 위에 놓이므로, b=21−9a2이 성립한다. 이를 문항 (1)에서 얻은 F(a,b)의 식에 대입하면G(a)=F(a,21−a2/9)=34a9−a2,(0<a<3)를 얻는다. G(a)의 도함수를 구하면G′(a)=349−a2−34a9−a2a=39−a24(9−2a2)이다. 열린 구간 (0,3)에서 도함수 G′(a)의 부호가 a=232를 기준으로 양에서 음으로 변하므로, G(a)는 a=232에서 최댓값을 갖는다. 따라서 F(a,b)는 점 P(232,2)에서 최댓값 6을 갖는다.
1-B (1) · - 시각 t에서의 점 A의 위치: (−4t+4,5t−6,−2t+5)
- 시각 t에서의 점 B의 위치: (−t−1,−t−1,t+8)
- d(t)=6(3t−2)2+35는 t=32에서 최소
문제 1-B(1) 점 A의 속도벡터 a는 (4,−5,2)와 평행한 벡터 중에서 크기가 35이고 x성분이 음수인 벡터이므로, a=(−4,5,−2)이다. 또한 점 B의 속도벡터 b는 (1,1,−1)과 평행한 벡터 중에서 크기가 3이고 x성분이 음수인 벡터이므로, b=(−1,−1,1)이다.점 A의 출발점은 (4,−6,5)이고 그 속도는 a=(−4,5,−2)이므로, 시각 t에서의 점 A의 위치는(4,−6,5)+t(−4,5,−2)=(−4t+4,5t−6,−2t+5)이다. 또한, 점 B의 출발점은 (−1,−1,8)이고 그 속도는 b=(−1,−1,1)이므로, 시각 t에서의 점 B의 위치는(−1,−1,8)+t(−1,−1,1)=(−t−1,−t−1,t+8)이다. 따라서 시각 t에서의 두 점 A, B 사이의 거리는d(t)=(3t−5)2+(−6t+5)2+(3t+3)2으로 주어진다. 위 식을 정리하면d(t)=54t2−72t+59=6(3t−2)2+35이다. 따라서 t=32일 때, 즉 32시간 후 두 점 A, B 사이의 거리가 가장 가까워진다.
(2) L의 방향벡터를 v=(a,b,c)라고 하자. 벡터 v는 L1의 방향벡터 v1=(4,−5,2)과 L2의 방향벡터 v2=(−1,−1,1)과 모두 수직이므로, v⋅v1=0과 v⋅v2=0이 성립한다. 이로부터 일차연립방정식{4a−5b+2c=0a+b−c=0을 얻고, 이를 계산하여 b=2a, c=3a이 된다. 따라서 직선 L은 v=(1,2,3)와 평행이다.P1,P2는 각각 L1,L2 위의 점이므로, 다음과 같이 표현할 수 있다.P1=(4t+4,−5t−6,2t+5),P2=(s−1,s−1,−s+8)이때 직선 L은 P1P2와 평행이므로, 어떤 실수 k에 대하여(−4t+s−5,5t+s+5,−2t−s+3)=k(1,2,3)이 성립한다. 위 식을 계산하면 t=−1과 s=2가 되므로,P1=(0,−1,3),P2=(1,1,6)을 얻는다.
(3) 직선 L1위의 점 Q1과 L2 위의 점 Q2에 대하여, 벡터 Q1Q2를Q1Q2=Q1P1+P1P2+P2Q2로 쓸 수 있다. 벡터 Q1P1과 Q2P2가 모두 P1P2와 수직이 됨을 이용하면∣Q1Q2∣2=Q1Q2⋅Q1Q2=(Q1P1+P1P2+P2Q2)⋅(Q1P1+P1P2+P2Q2)=(Q1P1+P2Q2)⋅(Q1P1+P2Q2)+P1P2⋅P1P2=∣Q1P1+P2Q2∣2+∣P1P2∣2≥∣P1P2∣2을 얻는다. 따라서∣Q1Q2∣≥∣P1P2∣가 성립한다.
- 가점 요인: 글의 논리성, 정확한 근거의 논리적 제시, 서술 능력 등을 종합적으로 판단하여 점수를 결정
- 감점 요인: 비문, 비논리적 전개, 기본 글쓰기 불량(띄어쓰기, 맞춤법 불량 등), 불완전한 수식의 표현 등