(a)미분가능한 함수 f(x)에 대하여, 곡선 y=f(x)의 점 P와 이 곡선에 있지 않은 점 Q가 다음을 만족시킬 때, 곡선 y=f(x)의 점 P에서의 접선과 직선 PQ가 수직임을 보여라. (55점)
곡선 y=f(x) 의 모든 점 X에 대하여 PQ≤XQ이다.
(b)곡선 y=x2에서 움직이는 점 P와 곡선 y=−(x−6)2에서 움직이는 점 Q에 대하여 PQ의 최솟값을 구하여라. (50점)
해설강의 준비중
서울시립대 2021학년도 수시 자연계열 II 3번 · mathesis.kr/archive/uos/2021su/jayeon2_3
(a) 곡선 y=f(x)의 점 P의 좌표를 (p,f(p))라 하고, 점 Q(a,b)라 하자. 곡선 y=f(x)의 모든 점 X(x,f(x))에 대하여 PQ≤XQ이다. 함수 g(x)=XQ2=(x−a)2+(f(x)−b)2는 미분가능한 함수이고, 최솟값은 g(p)=PQ2이다.따라서g′(p)=2(p−a)+2(f(p)−b)f′(p)=0이다.
p=a이면 p−af(p)−b⋅f′(p)=−1이고, 곡선 y=f(x)의 점 P에서의 접선과 직선 PQ가 수직이다.
p=a이면 직선 PQ는 y축과 평행하고, 점 Q(a,b)가 곡선 y=f(x)에 있지 않으므로 f(p)=b이다.따라서 f′(p)=0이므로 곡선 y=f(x)의 점 P에서의 접선은 x축과 평행하므로, 곡선 y=f(x)의 점 P에서의 접선과 직선 PQ가 수직이다.
(b) PQ가 최소일 때 곡선 y=x2의 점을 A(a,a2), 곡선 y=−(x−6)2의 점을 B(b,−(b−6)2)이라 하자. 그러면 (a)에 의해 다음을 모두 만족시킨다.
조건 ①로부터 a=−b+6이다. a=b이면 a=b=3이고 조건 ②를 만족시키지 않으므로 a=b이다. 그러면 조건 ②로부터a−ba2+(b−6)2⋅2a=−1, a−ba2+(b−6)2⋅{−2(b−6)}=−1이다.2a3+a−3=(a−1)(2a2+2a+3)=0이므로, a=1이고 b=5이다. 따라서 AB=25이므로 최솟값은 25이다.