수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

문제

🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중

(a) 원뿔을 모서리 AB\displaystyle \mathrm{AB}를 따라서 전개하면 오른쪽 그림과 같은 부채꼴이 된다. 원뿔에서 점 P\displaystyle \mathrm{P}가 점 B\displaystyle \mathrm{B}에서 점 C\displaystyle \mathrm{C}까지의 최단거리 곡선에 있으므로, 점 P\displaystyle \mathrm{P}는 전개도에서 선분 BC\displaystyle \mathrm{BC}에 있다. α=ABC,β=BAC,γ=BPA\displaystyle \alpha = \angle \mathrm{ABC} , \beta = \angle \mathrm{BAC} , \gamma = \angle \mathrm{BPA}라 하자. 부채꼴의 호의 길이와 밑면인 원의 둘레의 길이가 같으므로 8×β=2π×2\displaystyle 8 \times \beta = 2 \pi \times 2이 성립한다. 그러므로 β=π2\displaystyle \beta = \frac{{\pi}}{2}이다. 또한, tanα=ACAB=8338=33\displaystyle \tan \alpha = \frac{{\mathrm{AC}}}{\mathrm{AB}} = \frac{{\frac{{8 \sqrt{3}}}{3}}}{8} = \frac{{\sqrt{3}}}{3}이므로 α=π6\displaystyle \alpha = \frac{{\pi}}{6}이다.

원뿔을 전개한 부채꼴과 선분 BC 위의 점 P 및 수선의 발 Q

θ\displaystyle \theta0\displaystyle 0에서 2π\displaystyle 2 \pi까지 변할 때, BAP\displaystyle \angle \mathrm{BAP}0\displaystyle 0에서 π2\displaystyle \frac{{\pi}}{2}까지 변하므로, 비례식에 의하여 BAP=θ4\displaystyle \angle \mathrm{BAP} = \frac{{\theta}}{4}이다. 이때 γ=παθ4=5π6θ4\displaystyle \gamma=\pi-\alpha-\frac\theta4=\frac{5\pi}6-\frac\theta4이다.이제 선분 BP\displaystyle \mathrm{BP}의 길이를 구하기 위하여 점 B\displaystyle \mathrm{B}에서 직선 AP\displaystyle \mathrm{AP}에 수선을 내리고 그 수선의 발을 Q\displaystyle \mathrm{Q}라 하자. 직각삼각형 AQB\displaystyle \mathrm{AQB}에서 sinθ4=BQAB=BQ8\displaystyle \sin \frac{{\theta}}{4} = \frac{{\overline{\mathrm{BQ}}}}{\overline{\mathrm{AB}}} = \frac{{\overline{\mathrm{BQ}}}}{8}이므로 BQ=8sinθ4\displaystyle \overline{\mathrm{BQ}} = 8 \sin {\frac{\theta}{4}}이다. 그리고 직각삼각형 BQP\displaystyle \mathrm{BQP}에서 sinγ=sin(πγ)=BQBP\displaystyle \sin\gamma=\sin(\pi-\gamma)=\frac{\overline{\mathrm{\mathrm{BQ}}}}{\overline{\mathrm{\mathrm{BP}}}}이므로 BP=BQsinγ=8sinθ4sin(5π6θ4)\displaystyle \overline{\mathrm{\mathrm{BP}}}=\frac{\overline{\mathrm{\mathrm{BQ}}}}{\sin\gamma}=\frac{8\sin\frac\theta4}{\sin\left(\frac{5\pi}6-\frac\theta4\right)}이다.

(b) 문항 (a)에 의하여 f(θ)=8sinθ4sin(5π6θ4)\displaystyle f(\theta)=\frac{8\sin\frac\theta4}{\sin\left(\frac{5\pi}6-\frac\theta4\right)}이다. 이를 θ\displaystyle \theta에 대하여 미분하면 다음을 얻는다.dfdθ=2(cosθ4sin(5π6θ4)+sinθ4cos(5π6θ4))sin2(5π6θ4)=2sin(θ4+5π6θ4)sin2(5π6θ4)=1sin2(5π6θ4)\displaystyle \frac{{d f}}{d \theta} = \frac{{2 \left( \cos \frac{{\theta}}{4} \sin \left( \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right) + \sin \frac{{\theta}}{4} \cos \left( \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right) \right)}}{\sin^{2} \left( \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right)} = \frac{{2 \sin \left( \frac{{\theta}}{4} + \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right)}}{\sin^{2} \left( \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right)} = \frac{{1}}{\sin^{2} \left( \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right)}이다. 0θ2π\displaystyle 0 \leq \theta \le 2 \pi이므로 π35π6θ45π6\displaystyle \frac{{\pi}}{3} \le \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \le \frac{{5 \pi}}{6}이다. 이 범위에서 5π6θ4=π2\displaystyle \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} = \frac{{\pi}}{2}일 때 즉, θ=4π3\displaystyle \theta = \frac{{4 \pi}}{3}일 때 sin2(5π6θ4)\displaystyle \sin^{2} \left( \frac{{5 \pi}}{6} - \frac{{\theta}}{4} \right)는 최댓값 1\displaystyle 1을 갖고, 이때 dfdθ\displaystyle \frac{{d f}}{d \theta}는 최솟값 1\displaystyle 1을 갖는다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.