수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중

(1) 주어진 연립부등식을 계수가 모두 정수인 연립부등식으로 다시 쓰면 다음과 같다.{9x2+25y2225x28y28\displaystyle \begin{cases}9x^2+25y^2\le225&\cdots\cdots\cdots\text{①}\\x^2-8y^2\ge8&\cdots\cdots\cdots\text{②}\end{cases}①에 의해 x225\displaystyle x^2\le25, y29\displaystyle y^2\le9, ②에 의해 x28\displaystyle x^2\ge8, 8y2x28\displaystyle 8y^2\le x^2-8을 얻는다. 이 조건들을 연립하여 얻은 정수 x\displaystyle x, y\displaystyle y의 범위는 다음과 같다.8x225,08y217\displaystyle 8\le x^2\le25,\quad0\le8y^2\le17이때 08y217\displaystyle 0\le8y^2\le17을 만족하는 정수 y\displaystyle y의 값은 0과 ±1\displaystyle \pm1뿐이다.- y=0\displaystyle y=0일 때, ①과 ②를 만족하는 정수 x\displaystyle x의 값은 x=±3,±4,±5\displaystyle x=\pm3,\pm4,\pm5이므로 점 P(x,y)\displaystyle \mathrm P(x,y)의 개수는 6개이다.- y=±1\displaystyle y=\pm1일 때, ①에 의해 9x2200\displaystyle 9x^2\le200, ②에 의해 x216\displaystyle x^2\ge16을 얻는다. 따라서 두 조건을 모두 만족하는 정수 x\displaystyle x의 값은 x=±4\displaystyle x=\pm4이므로 점 P(x,y)\displaystyle \mathrm P(x,y)의 개수는 2×2=4\displaystyle 2\times2=4개이다.따라서 구하는 점 P(x,y)\displaystyle \mathrm P(x,y)의 개수는 총 10개이다.

(2) 연립부등식을 만족하면서 직선 x2y=0\displaystyle x-2y=0에 가장 가까운 점을 Q(x0,y0)\displaystyle \mathrm Q(x_0,y_0) (x0>0\displaystyle x_0>0, y0>0\displaystyle y_0>0)라 하자. 그러면 점 Q(x0,y0)\displaystyle \mathrm Q(x_0,y_0)는 접선의 기울기가 12\displaystyle \frac12인 쌍곡선 x28y2=1\displaystyle \frac{x^2}8-y^2=1 위의 점이다 (<그림 1>의 색칠한 영역 참조). 쌍곡선 위의 점 Q(x0,y0)\displaystyle \mathrm Q(x_0,y_0)에서의 접선의 방정식은x0x8y0y=1\displaystyle \frac{x_0x}8-y_0y=1, 즉 x0x8y0y8=0\displaystyle x_0x-8y_0y-8=0이므로 점 Q(x0,y0)\displaystyle \mathrm Q(x_0,y_0)x08y0=12,x028y02=1(x0>0,y0>0)\displaystyle \frac{x_0}{8y_0}=\frac12,\quad\frac{x_0^2}8-y_0^2=1\quad(x_0>0,y_0>0)을 만족한다. 두 식을 연립하여 풀면 x0=4\displaystyle x_0=4, y0=1\displaystyle y_0=1을 얻는다. 따라서 주어진 조건을 만족하는 점 중에서 직선 x2y=0\displaystyle x-2y=0으로부터 가장 가까운 점은 Q(4,1)\displaystyle \mathrm Q(4,1)이고, 이때의 거리는 42112+22=25\displaystyle \frac{|4-2\cdot1|}{\sqrt{1^2+2^2}}=\frac2{\sqrt5}이다.

타원 내부와 쌍곡선 외부의 교집합 및 직선 x−2y=0. 그림 1.

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