수리논술, 이게 다다.

자연계열 II 3번

오류 제보

문제

다음 제시문을 읽고 아래 논제에 답하시오. (20점)

미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)에 대하여 f′(a)=0\displaystyle f^{\prime}(a)=0이고 x=a\displaystyle x=a의 좌우에서① f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)의 부호가 양에서 음으로 바뀌면 f(x)\displaystyle f(x)는 x=a\displaystyle x=a에서 극대이다.② f′(x)\displaystyle f^{\prime}(x)의 부호가 음에서 양으로 바뀌면 f(x)\displaystyle f(x)는 x=a\displaystyle x=a에서 극소이다.[출처 : 수학II 「함수의 극대와 극소」]

원 x2+y2=1\displaystyle x^2+y^2=1 위의 점 P(cos⁡θ,sin⁡θ)\displaystyle (\cos\theta,\sin\theta)에서의 접선을 ℓ\displaystyle \ell이라고 하고, 점 A(−1,0)\displaystyle (-1,0)에서 직선 ℓ\displaystyle \ell에 내린 수선의 발을 H라고 하자. (단, 0<θ<π\displaystyle 0<\theta<\pi)

이때 다음 문항에 답하시오.

(1) 점 H의 좌표를 θ\displaystyle \theta를 이용하여 나타내시오.

(2) 삼각형 APH의 넓이의 최댓값을 구하시오.

해설강의 준비중
+20점 · 삼각형 AHP의 넓이를 H의 좌표를 이용하여 계산하고, 그 최댓값을 구한다.

(1) 원 위의 점 P(cos⁡θ,sin⁡θ)\displaystyle (\cos\theta,\sin\theta)에서의 접선의 방정식은ℓ:(cos⁡θ)x+(sin⁡θ)y=1,(y=−cos⁡θsin⁡θx+1sin⁡θ)\displaystyle \ell:(\cos\theta)x+(\sin\theta)y=1,\quad\left(y=-\frac{\cos\theta}{\sin\theta}x+\frac1{\sin\theta}\right)이고, 점 A(−1,0)\displaystyle (-1,0)을 지나고 직선 ℓ\displaystyle \ell에 수직인 직선 ℓ′\displaystyle \ell^{\prime}의 방정식은ℓ′:(cos⁡θ)y−(sin⁡θ)(x+1)=0\displaystyle \ell^{\prime}:(\cos\theta)y-(\sin\theta)(x+1)=0이다. 두 직선 ℓ,ℓ′\displaystyle \ell,\ell^{\prime}의 교점의 x\displaystyle x좌표를 구하면(sin⁡2θ)(x+1)=−(cos⁡2θ)x+cos⁡θ,x=cos⁡θ−sin⁡2θ\displaystyle (\sin^2\theta)(x+1)=-(\cos^2\theta)x+\cos\theta,\quad x=\cos\theta-\sin^2\theta이다. 교점의 y\displaystyle y좌표는cos⁡θ(cos⁡θ−sin⁡2θ)+(sin⁡θ)y=1,y=sin⁡θ(1+cos⁡θ)\displaystyle \cos\theta(\cos\theta-\sin^2\theta)+(\sin\theta)y=1,\quad y=\sin\theta(1+\cos\theta)그러므로 점 A에서 직선 ℓ\displaystyle \ell에 내린 수선의 발은H(cos⁡θ−sin⁡2θ,sin⁡θ(1+cos⁡θ))\displaystyle \mathrm H(\cos\theta-\sin^2\theta,\sin\theta(1+\cos\theta))이다.

(2) 삼각형 APH는 ∠AHP=90∘\displaystyle \angle\mathrm{AHP}=90^\circ인 직각삼각형이다.HA‾=(cos⁡θ−sin⁡2θ+1)2+(sin⁡θ+sin⁡θcos⁡θ)2=1+cos⁡θ,\displaystyle \overline{\mathrm{HA}}=\sqrt{(\cos\theta-\sin^2\theta+1)^2+(\sin\theta+\sin\theta\cos\theta)^2}=1+\cos\theta,HP‾=(cos⁡θ−sin⁡2θ−cos⁡θ)2+(sin⁡θ+sin⁡θcos⁡θ−sin⁡θ)2=sin⁡θ\displaystyle \overline{\mathrm{HP}}=\sqrt{(\cos\theta-\sin^2\theta-\cos\theta)^2+(\sin\theta+\sin\theta\cos\theta-\sin\theta)^2}=\sin\theta이므로 삼각형 APH의 넓이를 θ\displaystyle \theta의 함수 f(θ)\displaystyle f(\theta)로 나타내면f(θ)=12(1+cos⁡θ)sin⁡θ\displaystyle f(\theta)=\frac12(1+\cos\theta)\sin\theta함수 f(θ)\displaystyle f(\theta)의 도함수는f′(θ)=−12sin⁡θsin⁡θ+12(1+cos⁡θ)cos⁡θ=cos⁡2θ+12cos⁡θ−12=(cos⁡θ−12)(cos⁡θ+1)\displaystyle \begin{aligned}f^{\prime}(\theta)&=-\frac12\sin\theta\sin\theta+\frac12(1+\cos\theta)\cos\theta=\cos^2\theta+\frac12\cos\theta-\frac12\\&=\left(\cos\theta-\frac12\right)(\cos\theta+1)\end{aligned}이므로 함수 f(θ)\displaystyle f(\theta)의 증감표는 다음과 같다.

θ\theta0<θ<π30<\theta<\frac\pi3π3\frac\pi3π3<θ<π\frac\pi3<\theta<\pi
f′(θ)f^{\prime}(\theta)+0−
f(θ)f(\theta)↗338\frac{3\sqrt3}8↘

구간 (0,π3)\displaystyle \left(0,\frac\pi3\right)에서 f′(θ)>0\displaystyle f^{\prime}(\theta)>0이고 구간 (π3,π)\displaystyle \left(\frac\pi3,\pi\right)에서 f′(θ)<0\displaystyle f^{\prime}(\theta)<0이므로, 함수 f(θ)\displaystyle f(\theta)는 구간 (0,π3)\displaystyle \left(0,\frac\pi3\right)에서 증가하고, 구간 (π3,π)\displaystyle \left(\frac\pi3,\pi\right)에서 감소한다. 따라서 삼각형 APH의 넓이 f(θ)\displaystyle f(\theta)는 θ=π3\displaystyle \theta=\frac\pi3일 때 최댓값f(π3)=12(1+12)32=338\displaystyle f\left(\frac\pi3\right)=\frac12\left(1+\frac12\right)\frac{\sqrt3}2=\frac{3\sqrt3}8을 갖는다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.