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자연계열 2번

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타원

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타원 x264+y2=1\displaystyle \frac{x^{2}}{64}+y^{2}=1 위의 제1사분면의 점을 (8cosθ,sinθ) (0<θ<π2)\displaystyle \left(8\cos\theta,\,\sin\theta\right)\ \left(0<\theta<\frac{\pi}{2}\right)라 하면접선 l\displaystyle l의 방정식은 xcosθ+8ysinθ=8\displaystyle x\cos\theta+8y\sin\theta=8이다.

Advice. 타원 x2a2+y2b2=1\displaystyle \frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1 위의 점의 좌표는 (acosθ,bsinθ)\displaystyle (a\cos\theta,\,b\sin\theta)라고 놓는 게 편하다.

직선 l\displaystyle l과 직선 y=1\displaystyle y=-1의 교점 A\displaystyle \mathrm{A}의 좌표는 (8(sinθ+1)cosθ,1)\displaystyle \left(\frac{8\left(\sin\theta+1\right)}{\cos\theta},\,-1\right)이고,직선 l\displaystyle ly\displaystyle y축의 교점 B\displaystyle \mathrm{B}의 좌표는 (0,1sinθ)\displaystyle \left(0,\,\frac{1}{\sin\theta}\right)이다.

따라서 ABC\displaystyle \triangle \mathrm{ABC}의 넓이는 S(θ)=4(sinθ+1)2sinθcosθ (0<θ<π2)\displaystyle S(\theta)=\frac{4\left(\sin\theta+1\right)^{2}}{\sin\theta\cos\theta}\ \left(0<\theta<\frac{\pi}{2}\right)이다.

S(θ)\displaystyle S(\theta)θ\displaystyle \theta에 대하여 미분하면

S(θ)=4×2(sinθ+1)cosθsinθcosθ(sinθ+1)2(cos2θsin2θ)sin2θcos2θ\displaystyle S^{\prime}(\theta)=4\times\frac{2\left(\sin\theta+1\right)\cos\theta\cdot\sin\theta\cos\theta-\left(\sin\theta+1\right)^{2}\left(\cos^{2}\theta-\sin^{2}\theta\right)}{\sin^{2}\theta\cos^{2}\theta}S(θ)=4(sinθ+1)2×2sinθ1sin2θcos2θ\displaystyle \hphantom{S^{\prime}(\theta)}=4\left(\sin\theta+1\right)^{2}\times\frac{2\sin\theta-1}{\sin^{2}\theta\cos^{2}\theta}

이고 (0,π2)\displaystyle \left(0,\,\frac{\pi}{2}\right)에서 함수 S(θ)\displaystyle S(\theta)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.

θ\displaystyle \theta(0)π6\displaystyle \frac{\pi}{6}(π2)\displaystyle \left(\frac{\pi}{2}\right)
S(θ)\displaystyle S^{\prime}(\theta)-0+
S(θ)\displaystyle S(\theta)123\displaystyle 12\sqrt{3}

따라서 (0,π2)\displaystyle \left(0,\,\frac{\pi}{2}\right)에서 θ=π6\displaystyle \theta=\frac{\pi}{6}일 때 S(θ)\displaystyle S(\theta)는 최솟값을 갖는다.그러므로 θ=π6\displaystyle \theta=\frac{\pi}{6}일 때 ABC\displaystyle \triangle \mathrm{ABC}의 넓이의 최솟값은 123\displaystyle 12\sqrt{3}이다.

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