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숭실대 2020학년도 모의논술 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/ssu/2020mo/jayeon_3
(1) 타원 C1 위의 한 점을 P(x,y)라 하고, 점 P를 직선 y=x−3에 대하여 대칭이동한 점을 P′(x′,y′)이라고 하면x′−xy′−y=−1, 즉 x+y=x′+y′이다. 또 선분 PP′의 중점이 직선 y=x−3 위에 있으므로 2y+y′=2x+x′−3, 즉 x−y=−x′+y′+6이다. 따라서 x=y′+3, y=x′−3이 되고, 점 P가 타원 C1 위에 있으므로 4(y′+3)2+(x′−3)2=1이 성립한다. 그러므로 타원 C2의 방정식은 다음과 같다.(x−3)2+4(y+3)2=1
(2) 선분 PQ의 길이가 최소일 때의 곡선 C1 위의 점을 P0, 곡선 C2 위의 점을 Q0라 하자. 그러면 곡선 C1 위의 점 P0에서의 접선과 곡선 C2 위의 점 Q0에서의 접선은 모두 직선 y=x−3에 평행하고, 두 점 P0, Q0는 직선 y=x−3에 대하여 대칭이다.접선의 기울기가 1이 되는 곡선 C1 위의 점을 구하기 위해, 방정식 4x2+y2=1의 양변을 x에 대하여 미분하면 2x+2ydxdy=0이므로 dxdy=−4yx이다. 두 식−4yx=1,4x2+y2=1을 연립하여 풀면 두 점 (545,−55), (−545,55)을 얻는다. 이 중에서 직선 y=x−3에 가장 가까운 점이 P0(545,−55)이다. 한편, 점 Q0는 점 P0를 직선 y=x−3에 대하여 대칭이동한 점이므로, 두 점 P0, Q0 사이의 거리는 점 P0와 직선 y=x−3 사이의 거리의 2배가 된다. 따라서 선분 PQ의 길이의 최솟값은P0Q0=212+(−1)2545+55−3=32−10이다.