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숭실대 2023학년도 수시 자연계열 I 3번 · mathesis.kr/archive/ssu/2023su/jayeon1_3
+10점 · 우주선의 시각 t에서의 위치를 계산하고 혜성과 우주선 사이의 거리를 함수로 나타내어 최솟값을 구할 수 있다.
(1) 우주선의 시각 t에서의 위치는 x=2t−22, y=2t−5이다.시각 t에서 우주선과 혜성 사이의 거리를 r(t)라고 할 때(r(t))2=2(t−2)2+(t2−4t+8)2s(t)=(r(t))2이라고 하고 함수 s(t)의 도함수를 구하자.s′(t)=4(t−2)+2(t2−4t+8)(2t−4)=4(t−2)(t2−4t+9)이로부터 함수 s(t)의 증감을 표로 나타내면 다음과 같다.
그러므로 함수 s(t)는 t=2에서 최솟값 16을 가지고, 이때 r(2)=4이다.즉, 혜성과 우주선 사이의 거리가 최소가 되는 시각은 t=2이고 그 때의 혜성과 우주선 사이의 거리는 4이다.
+15점 · 혜성이 지나는 곡선과 우주선이 지나는 직선이 가장 가까울 때 혜성이 지나는 시각을 구하고 이로부터 우주선이 시각 t=0에서 어느 위치에 있어야 하는지 계산할 수 있다.
(2) 혜성을 가능한 가장 가까운 거리에서 관측하기 위해서는 혜성이 움직이는 곡선 C 위의 점과 우주선이 움직이는 직선 ℓ 위의 점 중 가장 가까운 두 점을 혜성과 우주선이 각각 같은 시각에 지나야 한다.우주선이 움직이는 직선의 기울기는 2이므로 곡선 C 위의 점 중 직선 ℓ과 가장 가까운 점을 P라고 할 때, 곡선 C 위의 점 P에서 접하는 접선의 기울기는 2이다. 매개변수로 나타낸 함수의 미분법에 의하여 곡선 C 위의 시각 t에서의 점에서 접하는 접선의 기울기 dxdy는dxdy=dtdxdtdy=222t−2따라서 dxdy=2일 때, 즉 t=3일 때 곡선 C 위의 점 P와 직선 ℓ 사이의 거리가 최솟값이 된다.t=3일 때의 혜성의 위치는 P(22,6)이다. 점 P에서 직선 ℓ에 내린 수선을 직선 ℓ′이라고 할 때 직선 ℓ′은 기울기가 −21이고 점 P(22,6)를 지나는 직선이다.ℓ′:y=−21(x−22)+6=−21x+8,직선 ℓ과 ℓ′의 교점 Q의 위치를 일차연립방정식으로 계산하면 Q(32,5)이다.시각 t=0일 때의 우주선의 위치를 (x0,2x0−1)이라고 하면 시각 t에서의 우주선의 위치를x=2t+x0,y=2t+2x0−1로 놓을 수 있다.t=3일 때 우주선이 점 Q(32,5)를 지나야 하므로,32=32+x0,5=6+2x0−1따라서 t=0일 때 x0=0이고 우주선의 위치는 (0,−1)이다.