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서울시립대 2018학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/uos/2018su/jayeon_2
(a) 네 점 B,C,D,E가 B(−1,−1,0),C(1,−1,0),D(1,1,0),E(−1,1,0)이 되도록 좌표축을 정하자. 이 때, A(0,0,a)(a>0)라 하면 AB=(−1)2+(−1)2+a2=a2+2=2이므로 A(0,0,2)이고, F(0,0,−2)이다. AB=(−1,−1,−2)이고, G1(0,−32,32),G2(0,32,−32)이므로 G1G2=OG2−OG1=(0,34,−322)이다. 따라서AB⋅G1G2=(−1,−1,−2)⋅(0,34,−322)=0이다.
(b) AC⋅G1G2=(1,−1,−2)⋅(0,34,−322)=0이므로, 평면 ABC와 벡터 G1G2는 서로 수직이다. 마찬가지로 평면 DEF도 벡터 G1G2에 수직이다. 따라서 평면 α는 평면 ABC와 평면 DEF에 각각 평행하다. 벡터 G1G2와 평면 α가 서로 수직이므로 두 점 G1,G2의 평면 α 위로의 정사영은 일치한다. 여섯 점 A,B,C,D,E,F의 평면 α 위로의 정사영을 각각 A′,B′,C′,D′,E′,F′이라 하면, 두 삼각형 A′B′C′과 E′D′F′은 한 변의 길이가 2이고 무게중심이 일치하는 정삼각형이다. 정사각형 BCDE의 정사영 B′C′D′E′은 마주보는 두 쌍의 변의 길이가 각각 같으므로 평행사변형이다. 따라서 A′E′B′F′C′D′은 정육각형이고 이것이 정팔면체의 그림자이다. 삼각형 A′B′C′의 무게중심을 G라 하면 A′B′=2이므로 A′G=323이고, 정삼각형 GA′E′의 넓이는 33이다. 그러므로 구하는 그림자의 넓이는 23이다.