1 (1) P k ( α , α 2 ) \displaystyle P_k(\alpha,\alpha^2) P k ( α , α 2 ) , Q k ( β , β 2 ) \displaystyle Q_k(\beta,\beta^2) Q k ( β , β 2 ) 라 놓으면((α < 0 < β \displaystyle \alpha<0<\beta α < 0 < β ) α , β \displaystyle \alpha,\beta α , β 는 방정식 x 2 − k x − 1 = 0 \displaystyle x^2-kx-1=0 x 2 − k x − 1 = 0 의 두 근이다. 그러므로 근과 계수의 관계에 의해 α + β = k , α β = − 1 \displaystyle \alpha+\beta=k,\ \alpha\beta=-1 α + β = k , α β = − 1 P k \displaystyle P_k P k 점의 접선 y − α 2 = 2 α ( x − α ) ⇒ y = 2 α x − α 2 \displaystyle y-\alpha^2=2\alpha(x-\alpha)\quad\Rightarrow y=2\alpha x-\alpha^2 y − α 2 = 2 α ( x − α ) ⇒ y = 2 α x − α 2 Q k \displaystyle Q_k Q k 점의 접선 y − β 2 = 2 β ( x − β ) ⇒ y = 2 β x − β 2 \displaystyle y-\beta^2=2\beta(x-\beta)\quad\Rightarrow y=2\beta x-\beta^2 y − β 2 = 2 β ( x − β ) ⇒ y = 2 β x − β 2 두 접선의 교점 좌표 구하기 x \displaystyle x x 좌표⇒ 2 α x − α 2 = 2 β x − β 2 ⇒ 2 ( α − β ) x = α 2 − β 2 \displaystyle \Rightarrow2\alpha x-\alpha^2=2\beta x-\beta^2\Rightarrow2(\alpha-\beta)x=\alpha^2-\beta^2 ⇒ 2 α x − α 2 = 2 β x − β 2 ⇒ 2 ( α − β ) x = α 2 − β 2 그러므로 x = α + β 2 = k 2 \displaystyle x=\frac{\alpha+\beta}{2}=\frac k2 x = 2 α + β = 2 k y \displaystyle y y 좌표⇒ y = 2 α x − α 2 \displaystyle \Rightarrow y=2\alpha x-\alpha^2 ⇒ y = 2 α x − α 2 에 x = α + β 2 \displaystyle x=\frac{\alpha+\beta}{2} x = 2 α + β 대입하면y = 2 α ( α + β ) 2 − α 2 = α β = − 1 \displaystyle y=2\alpha\frac{(\alpha+\beta)}2-\alpha^2=\alpha\beta=-1 y = 2 α 2 ( α + β ) − α 2 = α β = − 1 이다.그러므로 교점 좌표는 R k \displaystyle R_k R k 는( k 2 , − 1 ) \displaystyle \left(\frac k2,-1\right) ( 2 k , − 1 ) 이므로
(2) 교점R k \displaystyle R_k R k 는 k \displaystyle k k 값과 상관없이 직선 y = − 1 \displaystyle y=-1 y = − 1 위에 있게 되어 교점 좌표R k \displaystyle R_k R k 는 직선 y = − 1 \displaystyle y=-1 y = − 1 그래프 위에 있다.
2 세 점 P k ( α , α 2 ) \displaystyle P_k(\alpha,\alpha^2) P k ( α , α 2 ) , Q k ( β , β 2 ) \displaystyle Q_k(\beta,\beta^2) Q k ( β , β 2 ) , R k ( k 2 , − 1 ) \displaystyle R_k\left(\frac k2,-1\right) R k ( 2 k , − 1 ) 이므로 삼각형P k Q k R k \displaystyle P_kQ_kR_k P k Q k R k 의 무게중심 좌표= ( α + β + k 2 3 , α 2 + β 2 + ( − 1 ) 3 ) = ( k + k 2 3 , ( α + β ) 2 − 2 α β + ( − 1 ) 3 ) = ( 3 k 6 , k 2 + 1 3 ) = ( k 2 , k 2 + 1 3 ) \displaystyle \begin{aligned}&=\left(\frac{\alpha+\beta+\frac k2}3,\frac{\alpha^2+\beta^2+(-1)}3\right)\\&=\left(\frac{k+\frac k2}3,\frac{(\alpha+\beta)^2-2\alpha\beta+(-1)}3\right)\\&=\left(\frac{3k}6,\frac{k^2+1}3\right)\\&=\left(\frac k2,\frac{k^2+1}3\right)\end{aligned} = ( 3 α + β + 2 k , 3 α 2 + β 2 + ( − 1 ) ) = ( 3 k + 2 k , 3 ( α + β ) 2 − 2 α β + ( − 1 ) ) = ( 6 3 k , 3 k 2 + 1 ) = ( 2 k , 3 k 2 + 1 ) 그러므로 k = 2 x \displaystyle k=2x k = 2 x 로부터 무게 중심이 놓인 함수는 y = 4 3 x 2 + 1 3 \displaystyle y=\frac43x^2+\frac13 y = 3 4 x 2 + 3 1 이다.그러므로 a = 4 3 \displaystyle a=\frac43 a = 3 4 , b = 0 \displaystyle b=0 b = 0 , c = 1 3 \displaystyle c=\frac13 c = 3 1 이다.
3 y = 4 3 x 2 + 1 3 \displaystyle y=\frac43x^2+\frac13 y = 3 4 x 2 + 3 1 과 y = k x + 1 \displaystyle y=kx+1 y = k x + 1 의 두 교점의 x \displaystyle x x 좌표를 a < 0 < b \displaystyle a<0<b a < 0 < b 라 하자.두 함수를 연립하여 얻는 이차방정식 4 x 2 − 3 k x − 2 = 0 \displaystyle 4x^2-3kx-2=0 4 x 2 − 3 k x − 2 = 0 의 근과 계수 관계에 의해 a + b = 3 k 4 \displaystyle a+b=\frac{3k}4 a + b = 4 3 k , a b = − 1 2 \displaystyle ab=-\frac12 ab = − 2 1 이다. A k B k ‾ = ( b − a ) 2 + ( b 2 − a 2 ) 2 = ( b − a ) 2 ( 1 + ( b + a ) 2 ) = ( b − a ) ( 1 + ( b + a ) 2 ) \displaystyle \begin{aligned}\overline{A_kB_k}&=\sqrt{(b-a)^2+(b^2-a^2)^2}\\&=\sqrt{(b-a)^2(1+(b+a)^2)}\\&=(b-a)\sqrt{(1+(b+a)^2)}\end{aligned} A k B k = ( b − a ) 2 + ( b 2 − a 2 ) 2 = ( b − a ) 2 ( 1 + ( b + a ) 2 ) = ( b − a ) ( 1 + ( b + a ) 2 ) Correction. (3)의 A k B k ‾ \displaystyle \overline{A_kB_k} A k B k 계산에서 ( b 2 − a 2 ) 2 \displaystyle (b^2-a^2)^2 ( b 2 − a 2 ) 2 에는 계수 16 9 \displaystyle \frac{16}{9} 9 16 가 빠져 있다. 이어지는 1 + ( b + a ) 2 \displaystyle 1+(b+a)^2 1 + ( b + a ) 2 도 1 + 16 9 ( b + a ) 2 \displaystyle 1+\frac{16}{9}(b+a)^2 1 + 9 16 ( b + a ) 2 로 써야 한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.⇐ b − a = ( a + b ) 2 − 4 a b = ( 3 k 4 ) 2 − 4 ( − 1 2 ) \displaystyle \Leftarrow b-a=\sqrt{(a+b)^2-4ab}=\sqrt{\left(\frac{3k}4\right)^2-4\left(-\frac12\right)} ⇐ b − a = ( a + b ) 2 − 4 ab = ( 4 3 k ) 2 − 4 ( − 2 1 ) = ( 3 k 4 ) 2 − 4 ( − 1 2 ) 1 + k 2 = 9 k 2 16 + 2 1 + k 2 \displaystyle \begin{aligned}&=\sqrt{\left(\frac{3k}4\right)^2-4\left(-\frac12\right)}\sqrt{1+k^2}\\&=\sqrt{\frac{9k^2}{16}+2}\sqrt{1+k^2}\end{aligned} = ( 4 3 k ) 2 − 4 ( − 2 1 ) 1 + k 2 = 16 9 k 2 + 2 1 + k 2 P k Q k ‾ = ( β − α ) 2 + ( β 2 − α 2 ) 2 = ( β − α ) 2 ( 1 + ( β + α ) 2 ) = ( ( β + α ) 2 − 4 α β ) 2 ( 1 + ( β + α ) 2 ) = ( k 2 + 4 ) ( k 2 + 1 ) \displaystyle \begin{aligned}\overline{P_kQ_k}&=\sqrt{(\beta-\alpha)^2+(\beta^2-\alpha^2)^2}=\sqrt{(\beta-\alpha)^2(1+(\beta+\alpha)^2)}\\&=\sqrt{((\beta+\alpha)^2-4\alpha\beta)^2(1+(\beta+\alpha)^2)}\\&=\sqrt{(k^2+4)(k^2+1)}\end{aligned} P k Q k = ( β − α ) 2 + ( β 2 − α 2 ) 2 = ( β − α ) 2 ( 1 + ( β + α ) 2 ) = (( β + α ) 2 − 4 α β ) 2 ( 1 + ( β + α ) 2 ) = ( k 2 + 4 ) ( k 2 + 1 ) Correction. (3)의 P k Q k ‾ \displaystyle \overline{P_kQ_k} P k Q k 계산에서 ( ( β + α ) 2 − 4 α β ) 2 \displaystyle ((\beta+\alpha)^2-4\alpha\beta)^2 (( β + α ) 2 − 4 α β ) 2 의 바깥 제곱은 없어야 한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.그러므로 lim k → ∞ A k B k ‾ P k Q k ‾ = lim k → ∞ 9 k 2 16 + 2 1 + k 2 k 2 + 4 1 + k 2 = 3 4 \displaystyle \lim_{k\to\infty}\frac{\overline{A_kB_k}}{\overline{P_kQ_k}}=\lim_{k\to\infty}\frac{\sqrt{\frac{9k^2}{16}+2}\sqrt{1+k^2}}{\sqrt{k^2+4}\sqrt{1+k^2}}=\frac34 k → ∞ lim P k Q k A k B k = k → ∞ lim k 2 + 4 1 + k 2 16 9 k 2 + 2 1 + k 2 = 4 3 이다.
4 3번 답안에서 P k Q k ‾ = ( k 2 + 4 ) ( k 2 + 1 ) \displaystyle \overline{P_kQ_k}=\sqrt{(k^2+4)(k^2+1)} P k Q k = ( k 2 + 4 ) ( k 2 + 1 ) 이고 직선 k x − y + 1 = 0 \displaystyle kx-y+1=0 k x − y + 1 = 0 과 점 ( k 2 , − 1 ) \displaystyle \left(\frac k2,-1\right) ( 2 k , − 1 ) 사이 거리 공식에 의해 밑변P k Q k \displaystyle P_kQ_k P k Q k 와 점 R k \displaystyle R_k R k 사이 거리= ∣ k ( k 2 ) + 1 + 1 ∣ k 2 + 1 = k 2 + 2 2 k 2 + 1 \displaystyle =\frac{\left|k\left(\frac k2\right)+1+1\right|}{\sqrt{k^2+1}}=\frac{k^2+2}{2\sqrt{k^2+1}} = k 2 + 1 k ( 2 k ) + 1 + 1 = 2 k 2 + 1 k 2 + 2 Correction. (4)의 거리식과 넓이식에서 k 2 + 2 \displaystyle k^2+2 k 2 + 2 는 k 2 + 4 \displaystyle k^2+4 k 2 + 4 의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.삼각형P k Q k R k \displaystyle P_kQ_kR_k P k Q k R k 넓이= 1 2 P k Q k ‾ × \displaystyle =\frac12\overline{P_kQ_k}\times = 2 1 P k Q k × (밑변P k Q k \displaystyle P_kQ_k P k Q k 와 점 R k \displaystyle R_k R k 사이 거리) = 1 2 ( k 2 + 4 ) ( k 2 + 1 ) k 2 + 2 2 k 2 + 1 = 1 4 k 2 + 4 ( k 2 + 2 ) = g ( k ) \displaystyle \begin{aligned}&=\frac12\sqrt{(k^2+4)(k^2+1)}\frac{k^2+2}{2\sqrt{k^2+1}}\\&=\frac14\sqrt{k^2+4}(k^2+2)=g(k)\end{aligned} = 2 1 ( k 2 + 4 ) ( k 2 + 1 ) 2 k 2 + 1 k 2 + 2 = 4 1 k 2 + 4 ( k 2 + 2 ) = g ( k ) 극한값 lim k → ∞ g ( k ) k 3 = lim k → ∞ ( k 2 + 2 ) k 2 + 4 4 k 3 = 1 4 \displaystyle \lim_{k\to\infty}\frac{g(k)}{k^3}=\lim_{k\to\infty}\frac{(k^2+2)\sqrt{k^2+4}}{4k^3}=\frac14 k → ∞ lim k 3 g ( k ) = k → ∞ lim 4 k 3 ( k 2 + 2 ) k 2 + 4 = 4 1 이다.