수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

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문제

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+40점 · 쌍곡선과 거리 조건을 이용하여 점 P\displaystyle \mathrm{P}의 좌표를 구한다.

P\displaystyle \mathrm{P}가 제1사분면에 있고 PF2>PF1\displaystyle \overline{\mathrm{PF}_{2}}>\overline{\mathrm{PF}_{1}}이므로두 초점은 F1(5,0)\displaystyle \mathrm{F}_{1}(5,0), F2(5,0)\displaystyle \mathrm{F}_{2}(-5,0)이다.쌍곡선의 정의에 의하여 PF2PF1=6\displaystyle \overline{\mathrm{PF}_{2}}-\overline{\mathrm{PF}_{1}}=6이고,PF2:PF1=29:11\displaystyle \overline{\mathrm{PF}_{2}}:\overline{\mathrm{PF}_{1}}=29:11이므로PF1=113\displaystyle \overline{\mathrm{PF}_{1}}=\frac{11}{3}, PF2=293\displaystyle \overline{\mathrm{PF}_{2}}=\frac{29}{3}이다.P\displaystyle \mathrm{P}의 좌표를 (x,y)\displaystyle (x,y)라 하면20x=(x+5)2+y2{(x5)2+y2}=PF22PF12=(293)2(113)2=80\displaystyle \begin{aligned}20x&=(x+5)^{2}+y^{2}-\{(x-5)^{2}+y^{2}\}\\&=\overline{\mathrm{PF}_{2}}^{2}-\overline{\mathrm{PF}_{1}}^{2}\\&=\left(\frac{29}{3}\right)^{2}-\left(\frac{11}{3}\right)^{2}=80\end{aligned}이므로 x=4\displaystyle x=4이다.쌍곡선의 방정식에 대입하면 169y216=1\displaystyle \frac{16}{9}-\frac{y^{2}}{16}=1이고,y>0\displaystyle y>0이므로 y=473\displaystyle y=\frac{4\sqrt{7}}{3}이다.따라서 P(4,473)\displaystyle \mathrm{P}\left(4,\frac{4\sqrt{7}}{3}\right)이다.

+20점 · 세 점을 지나는 이차함수의 식을 구한다.

세 점 P\displaystyle \mathrm{P}, F1\displaystyle \mathrm{F}_{1}, F2\displaystyle \mathrm{F}_{2}를 지나는 이차함수를 f(x)\displaystyle f(x)라 하면f(5)=f(5)=0\displaystyle f(-5)=f(5)=0이므로 f(x)=a(x225)\displaystyle f(x)=a(x^{2}-25)로 나타낼 수 있다.f(4)=473\displaystyle f(4)=\frac{4\sqrt{7}}{3}에서 9a=473\displaystyle -9a=\frac{4\sqrt{7}}{3}이므로f(x)=4727(x225)\displaystyle f(x)=-\frac{4\sqrt{7}}{27}(x^{2}-25)이다.

+25점 · 주어진 영역의 넓이를 올바르게 계산한다.

선분 PF2\displaystyle \mathrm{PF}_{2}를 포함하는 직선의 방정식을 y=(x)\displaystyle y=\ell(x)라 하면f(x)(x)\displaystyle f(x)-\ell(x)x=5\displaystyle x=-5, x=4\displaystyle x=4에서 0\displaystyle 0이 되고,최고차항의 계수가 4727\displaystyle -\frac{4\sqrt{7}}{27}이므로f(x)(x)=4727(x+5)(4x)\displaystyle f(x)-\ell(x)=\frac{4\sqrt{7}}{27}(x+5)(4-x)이다.5x4\displaystyle -5\le x\le4에서 f(x)(x)0\displaystyle f(x)-\ell(x)\ge0이므로구하는 넓이는54{f(x)(x)}dx=472754(x+5)(4x)dx=4727[92(x+5)213(x+5)3]54=4727936=187\displaystyle \begin{aligned}\int_{-5}^{4}\{f(x)-\ell(x)\}\,dx&=\frac{4\sqrt{7}}{27}\int_{-5}^{4}(x+5)(4-x)\,dx\\&=\frac{4\sqrt{7}}{27}\Biggl[\frac{9}{2}(x+5)^{2}-\frac{1}{3}(x+5)^{3}\Biggr]_{-5}^{4}\\&=\frac{4\sqrt{7}}{27}\cdot\frac{9^{3}}{6}=18\sqrt{7}\end{aligned}이다.

Tip. 두 초점까지의 거리를 모두 구했다면,거리의 제곱을 빼서 한 좌표를 바로 구할 수 있다.또한 이차함수와 직선의 차를 교점의 x\displaystyle x좌표를 근으로 갖는 이차식으로 나타내면,직선의 식을 따로 구하지 않고 두 그래프 사이의 넓이를 구할 수 있다.

다른 타당한 풀이도 해당 단계의 논증과 계산이 옳으면 같은 배점을 인정한다.

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