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서울시립대 2019학년도 모의 자연계열 4번 · mathesis.kr/archive/uos/2019mo/jayeon_4
(a) 원뿔을 모서리 AB를 따라서 전개하면 오른쪽 그림과 같은 부채꼴이 된다. 원뿔에서 점 P가 점 B에서 점 C까지의 최단거리 곡선에 있으므로, 점 P는 전개도에서 선분 BC에 있다. α=∠ABC,β=∠BAC,γ=∠BPA라 하자. 부채꼴의 호의 길이와 밑면인 원의 둘레의 길이가 같으므로 8×β=2π×2이 성립한다. 그러므로 β=2π이다. 또한, tanα=ABAC=8383=33이므로 α=6π이다.
θ가 0에서 2π까지 변할 때, ∠BAP는 0에서 2π까지 변하므로, 비례식에 의하여 ∠BAP=4θ이다. 이때 γ=π−α−4θ=65π−4θ이다.이제 선분 BP의 길이를 구하기 위하여 점 B에서 직선 AP에 수선을 내리고 그 수선의 발을 Q라 하자. 직각삼각형 AQB에서 sin4θ=ABBQ=8BQ이므로 BQ=8sin4θ이다. 그리고 직각삼각형 BQP에서 sinγ=sin(π−γ)=BPBQ이므로 BP=sinγBQ=sin(65π−4θ)8sin4θ이다.
(b) 문항 (a)에 의하여 f(θ)=sin(65π−4θ)8sin4θ이다. 이를 θ에 대하여 미분하면 다음을 얻는다.dθdf=sin2(65π−4θ)2(cos4θsin(65π−4θ)+sin4θcos(65π−4θ))=sin2(65π−4θ)2sin(4θ+65π−4θ)=sin2(65π−4θ)1이다. 0≤θ≤2π이므로 3π≤65π−4θ≤65π이다. 이 범위에서 65π−4θ=2π일 때 즉, θ=34π일 때 sin2(65π−4θ)는 최댓값 1을 갖고, 이때 dθdf는 최솟값 1을 갖는다.