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숭실대 2022학년도 모의논술 자연계열 3번 · mathesis.kr/archive/ssu/2022mo/jayeon_3
(1) 점 P, Q, R, S가 모두 한 원 위의 점이고 원의 중심과 R, S가 y축 위에 있으므로 ∠RPS, ∠SQR은 직각이다. 주어진 조건을 만족하는 점 Q의 좌표를 (r,−ar2+c)라고 하면 위의 점을 지나는 직선의 방정식은 다음과 같다.직선 PR = 점 P에서의 접선 : y=2x−1직선 PS = 점 P에서의 접선에 수직이고 점 P를 지나는 직선 : y=−21x+23직선 QS = 점 Q에서의 접선 : y=−2arx+ar2+c직선 QR = 점 Q에서의 접선에 수직이고 점 Q를 지나는 직선 : y=2ar1x−ar2−2a1+c따라서 다음이 성립한다.[점 R의 y좌표] = [직선 PR의 y절편] = [직선 QR의 y절편][점 S의 y좌표] = [직선 QS의 y절편] = [직선 PS의 y절편]위로부터−1=−ar2−2a1+c⇒ar2=−2a1+c+1 …… ㉠23=ar2+c⇒ar2=23−c …… ㉡를 얻을 수 있다. 식 ㉠, ㉡으로부터 a와 c의 관계식은 다음과 같다.−2a1+c=21−c⇒a(4c−1)=1 …… ㉢(참고: 이때 식 ㉢에서 a>0이므로 c>41이어야 하고, 식 ㉡에서 ar2>0이므로 c<23일 때 식 ㉡을 만족하는 r이 존재한다. 또 식 ㉠에서−2a1+c+1=−24c−1+c+1=−c+23>0이므로 c<23일 때 식 ㉠을 만족하는 r이 존재한다.)
(2) P=(1,1), Q=(r,−ar2+c)일 때 R=(0,−1), S=(0,23)이다. 따라서 사각형 PRQS의 넓이를 r로 나타내면 21⋅25⋅(1−r)이므로, 점 Q의 x좌표가 가장 작을 때 사각형 PRQS의 넓이가 최대임을 알 수 있다. 식 ㉡, ㉢으로부터r2=2a3−2c=2(3−2c)(4c−1)⇒r=−2(3−2c)(4c−1)(41<c<23)따라서 (3−2c)(4c−1)이 최댓값을 가질 때 r은 최솟값을 갖는다.(3−2c)(4c−1)=−8(c−87)2+825은 c=87일 때 최댓값을 갖고 식 ㉢으로부터 a=52이다. 그러므로 사각형 PRQS의 넓이가 최대가 되도록 하는 함수 g(x)의 계수는a=52,c=87이다.