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자연계열 2번

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문제

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심화 서로 수직인 두 접선의 교점의 자취

관련 개념강의 준비중
+10점 · 접선의 방정식을 올바르게 세웠는가

(a) 포물선 y2=4x\displaystyle y^{2}=4x 위의 점 (t2,2t)\displaystyle (t^{2},\,2t)에서의 접선의 방정식은(2t)y=2(x+t2)\displaystyle (2t)y=2\left(x+t^{2}\right), 즉 ty=x+t2\displaystyle ty=x+t^{2}이다.

Tip. 포물선 y2=4x\displaystyle y^{2}=4x 위의 점은 (t2,2t)\displaystyle (t^{2},\,2t)로 놓으면 근호 없이 다룰 수 있다.

+10점 · 접선이 P(α,β)\displaystyle \mathrm{P}(\alpha,\,\beta)를 지날 조건을 이차방정식으로 정리했는가

이 접선이 P(α,β)\displaystyle \mathrm{P}(\alpha,\,\beta)를 지나므로 tβ=α+t2\displaystyle t\beta=\alpha+t^{2}, 즉t2βt+α=0  ()\displaystyle t^{2}-\beta t+\alpha=0\ \cdots\ (\ast)

+10점 · 두 접점이 그 방정식의 서로 다른 두 실근에 대응함을 언급했는가

두 접점 Q(t12,2t1)\displaystyle \mathrm{Q}(t_{1}^{2},\,2t_{1}), R(t22,2t2)\displaystyle \mathrm{R}(t_{2}^{2},\,2t_{2})t1\displaystyle t_{1}, t2\displaystyle t_{2}()\displaystyle (\ast)의 서로 다른 두 실근이다.

+5점 · 판별식 조건 β24α>0\displaystyle \beta^{2}-4\alpha>0을 언급했는가

따라서 판별식에서 β24α>0\displaystyle \beta^{2}-4\alpha>0이다.

+5점 · 근과 계수와의 관계를 활용했는가

근과 계수와의 관계에서 t1+t2=β\displaystyle t_{1}+t_{2}=\beta, t1t2=α\displaystyle t_{1}t_{2}=\alpha이다.

Caution. 서로 다른 두 접점이 존재하려면 판별식 β24α>0\displaystyle \beta^{2}-4\alpha>0이어야 한다.

+10점 · PQPR\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}를 성분으로 전개했는가

PQ=(t12α,2t1β)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}=\left(t_{1}^{2}-\alpha,\,2t_{1}-\beta\right), PR=(t22α,2t2β)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PR}}=\left(t_{2}^{2}-\alpha,\,2t_{2}-\beta\right)이므로PQPR=(t12α)(t22α)+(2t1β)(2t2β)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=\left(t_{1}^{2}-\alpha\right)\left(t_{2}^{2}-\alpha\right)+\left(2t_{1}-\beta\right)\left(2t_{2}-\beta\right)

+10점 · 대칭식 계산을 올바르게 수행했는가

이때 t12+t22=(t1+t2)22t1t2=β22α\displaystyle t_{1}^{2}+t_{2}^{2}=\left(t_{1}+t_{2}\right)^{2}-2t_{1}t_{2}=\beta^{2}-2\alpha이므로(t12α)(t22α)=(t1t2)2α(t12+t22)+α2=α2α(β22α)+α2=α(4αβ2)\displaystyle \left(t_{1}^{2}-\alpha\right)\left(t_{2}^{2}-\alpha\right)=\left(t_{1}t_{2}\right)^{2}-\alpha\left(t_{1}^{2}+t_{2}^{2}\right)+\alpha^{2}=\alpha^{2}-\alpha\left(\beta^{2}-2\alpha\right)+\alpha^{2}=\alpha\left(4\alpha-\beta^{2}\right)(2t1β)(2t2β)=4t1t22β(t1+t2)+β2=4αβ2\displaystyle \left(2t_{1}-\beta\right)\left(2t_{2}-\beta\right)=4t_{1}t_{2}-2\beta\left(t_{1}+t_{2}\right)+\beta^{2}=4\alpha-\beta^{2}

+10점 · PQPR=(α+1)(4αβ2)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=\left(\alpha+1\right)\left(4\alpha-\beta^{2}\right)를 얻었는가

 PQPR=α(4αβ2)+(4αβ2)=(α+1)(4αβ2)\displaystyle \therefore\ \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=\alpha\left(4\alpha-\beta^{2}\right)+\left(4\alpha-\beta^{2}\right)=\left(\alpha+1\right)\left(4\alpha-\beta^{2}\right)

+5점 · 직각 조건을 PQPR=0\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=0으로 옮겼는가

(b) QPR\displaystyle \angle \mathrm{QPR}가 직각인 것은 PQPR=0\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=0일 때이다.

+8점 · 4αβ2<0\displaystyle 4\alpha-\beta^{2}<0을 근거로 α=1\displaystyle \alpha=-1만 남음을 보였는가

(a)에서 PQPR=(α+1)(4αβ2)\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=\left(\alpha+1\right)\left(4\alpha-\beta^{2}\right)이고 β24α>0\displaystyle \beta^{2}-4\alpha>0, 즉 4αβ2<0\displaystyle 4\alpha-\beta^{2}<0이므로,PQPR=0\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{PQ}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{PR}}=0인 것은 α=1\displaystyle \alpha=-1일 때뿐이다.

+7점 · α=1\displaystyle \alpha=-1에서 모든 β\displaystyle \beta가 가능함(β2+4>0\displaystyle \beta^{2}+4>0)을 확인했는가

이때 β24α=β2+4>0\displaystyle \beta^{2}-4\alpha=\beta^{2}+4>0은 모든 실수 β\displaystyle \beta에서 성립한다.

+5점 · 준선 x=1\displaystyle x=-1 위의 모든 점으로 답했는가

 P=(1,β)\displaystyle \therefore\ \mathrm{P}=(-1,\,\beta) (β\displaystyle \beta는 임의의 실수), 즉 포물선의 준선 x=1\displaystyle x=-1 위의 모든 점이다.

Note. 포물선의 서로 수직인 두 접선의 교점의 자취는 준선이다.

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