수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1] (85점)

포물선 y=x2\displaystyle y=x^2의 서로 다른 두 점 A와 B에 대하여 점 A에서의 접선과 점 B에서의 접선의 교점을 점 C라 하자. 포물선 y=x2\displaystyle y=x^2과 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이가 60\displaystyle 60일 때, 삼각형 ABC의 넓이를 구하여라.

해설강의 준비중

포물선 y=x2\displaystyle y=x^2의 점 A(a,a2)\displaystyle \mathrm{A}(a,a^2), B(b,b2)\displaystyle \mathrm{B}(b,b^2)에서의 접선의 방정식은 차례로 y=2ax−a2\displaystyle y=2ax-a^2, y=2bx−b2\displaystyle y=2bx-b^2이고, 두 접선의 교점 C는 C(a+b2,ab)\displaystyle \mathrm{C}\left(\frac{a+b}{2},ab\right)이며 직선 AB의 방정식은 y=(a+b)x−ab\displaystyle y=(a+b)x-ab이다. b>a\displaystyle b>a라 하자. 이때 포물선 y=x2\displaystyle y=x^2과 선분 AB로 둘러싸인 도형의 넓이는∫ab{(a+b)x−ab−x2} dx=[a+b2x2−abx−x33]ab=(b−a)36=60\displaystyle \int_a^b\{(a+b)x-ab-x^2\}\,dx=\Biggl[\frac{a+b}{2}x^2-abx-\frac{x^3}{3}\Biggr]_a^b=\frac{(b-a)^3}{6}=60이므로 (b−a)3=360\displaystyle (b-a)^3=360이다.

또 직선 AB의 방정식은 y−(a+b)x+ab=0\displaystyle y-(a+b)x+ab=0이고 점 C(a+b2,ab)\displaystyle \mathrm{C}\left(\frac{a+b}{2},ab\right)와 직선 y−(a+b)x+ab=0\displaystyle y-(a+b)x+ab=0 사이의 거리 d\displaystyle d는d=∣ab−(a+b)22+ab∣12+(a+b)2=(b−a)2212+(a+b)2\displaystyle d=\frac{\left|ab-\frac{(a+b)^2}{2}+ab\right|}{\sqrt{1^2+(a+b)^2}}=\frac{(b-a)^2}{2\sqrt{1^2+(a+b)^2}}이며,AB‾=(b−a)2+(b2−a2)2=(b−a)12+(b+a)2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{(b-a)^2+(b^2-a^2)^2}=(b-a)\sqrt{1^2+(b+a)^2}이므로△ABC=AB‾×d2=(b−a)34=3604=90\displaystyle \triangle\mathrm{ABC}=\frac{\overline{\mathrm{AB}}\times d}{2}=\frac{(b-a)^3}{4}=\frac{360}{4}=90이다.

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