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연세대 미래캠퍼스 2024학년도 수시 의예과 2번 · mathesis.kr/archive/yonsei_mirae/2024su/uiye_2
(문제 2-1)
제시문 (라)에 의해서 산책로는 게양대를 초점으로 갖고 장축의 길이가 2a=180인 타원의 방정식을 따른다. 제시문 (다)에 의해서 선분 DA가 이 타원의 장축이 되며, 점 D와 점 A는 이 타원의 장축 방향의 양 끝점이 된다.
제시문 (마)에 의해서 꽃길은 게양대를 초점으로 갖고 주축의 길이가 2a′=60인 쌍곡선의 방정식을 따른다. 제시문 (바)에 의해서 파란 꽃길은 점 B에서 만난다.
선분 DA 중심을 원점으로 하고 선분 DA가 x축 위에 있도록 좌표평면을 정의하면, 타원의 방정식과 쌍곡선의 방정식은 각각 다음과 같이 쓸 수 있다.a2x2+b2y2=1,a′2x2−b′2y2=1이 때, 제시문 (라)와 (마)에 의해서 두 곡선은 모두 게양대의 위치를 초점으로 갖는다. 이 초점의 좌표를 (−c,0), (c,0)라 하면, 다음을 만족한다.c2=a2−b2,c2=a′2+b′2, 선분 PQ의 길이 =2c
제시문 (사)에서 정의된 음수대의 위치를 점 R이라 하고, 선분 PR의 길이를 u, 선분 RQ의 길이를 v라 하면, 제시문 (사)에 의해서 삼각형 PQR은 직각삼각형이므로 피타고라스 정리에 의해 다음이 성립한다.(2c)2=u2+v2또한, 점 R은 타원과 쌍곡선 위의 점이므로, 다음이 성립한다.v+u=2a,v−u=2a′위의 세 식을 다음과 같이 정리하여 u, v, c를 a와 a′으로 표현할 수 있다.⎩⎨⎧4c2=u2+v22a=v+u2a′=v−u⇒⎩⎨⎧4c2=u2+v2u=a−a′v=a+a′⇒4c2=(a−a′)2+(a+a′)2⇒c2=(a2+a′2)/2⇒c=2a2+a′2
여기에서 a=90, a′=60을 대입하여 c값을 구할 수 있다.Correction.a′=60은 a′=30의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.∴c=2a2+a′2=2902+302=30210=305
타원의 방정식에서 a=90, c=305이므로 b=a2−c2를 구할 수 있고, 쌍곡선의 방정식에서 a′=30, c=305이므로 b′=c2−a′2를 구할 수 있다. 숫자를 대입한 결과는 다음과 같다.b=a2−c2=902−302⋅5=309−5=60b′=c2−a′2=302⋅5−302=305−1=60
이제 선분 AB의 길이는 x좌표가 a=90일 때 쌍곡선의 y좌표와 값이 같다. 쌍곡선의 방정식을 y>0에 관하여 정리하고 해서 x=90을 대입하자.a′2x2−b′2y2=1⇒y=b′a′2x2−1=60302902−1=6032−1=1202그러므로 선분 AB의 길이는 1202이다.
답을 정리해서 쓰면 다음과 같다.두 국기게양대 사이의 거리 =2c=605,공원의 세로 길이 = 선분 AB의 길이 =1202
(문제 2-2)
P 지점에 있는 국기게양대의 꼭대기를 점 H라 하고, 문제에서 주어진 각도 ∠PBH=15∘를 θ라고 하자. 삼각형 △PBH에서 각 ∠PBH에 대한 탄젠트 값은 tanθ=BPHP이다. 그러므로 구하고자 하는 값 h2은 다음과 같다.h2=tan2θ⋅BP2h2을 구하기 위해 tanθ와 BP2을 구하자.
첫째로 tanθ=tan15∘를 구하기 위해 다음과 같이 삼각함수의 덧셈공식을 사용하자.tanθ=tan15∘=tan(45∘−30∘)=1+tan45∘tan30∘tan45∘−tan30∘=1+1⋅1/31−1/3=3+13−1=3−13+1−23=2−3
둘째로 BP2을 구하기 위해 삼각형 △PAB를 관찰하자. 삼각형 △PAB는 각 ∠PAB가 90∘인 직각삼각형이고, PA=a−c=90−305, AB=1202이므로 피타고라스 정리에 의해서 다음과 같이 BP2을 구할 수 있다.BP2=(90−305)2+(1202)2=302(32+5−2⋅35+42⋅2)=1800(23−35)
위에서 구한 tanθ와 BP2의 값을 h2=tan2θ⋅BP2에 대입하면 다음과 같다.h2=tan2θ⋅BP2=(2−3)2⋅1800(23−35)=1800(161−923−215+1215)
그러므로 h1=161, h2=−92, h3=−21, h4=12이므로h1+h2+h3+h4=161−92−21+12=60이다.
[2-1] (15점)(상) 문제해결 방향과 계산이 명확하고 옳게 답을 구한경우(중상) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 사소한 실수가 있는 경우(중하) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 중요한 실수가 있거나 계산을 끝까지 마치지 못한 경우(하) 잘못된 방향설정으로 답을 구하지 못한 경우
[2-2] (15점)(상) 문제해결 방향과 계산이 명확하고 옳게 답을 구한경우(중상) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 사소한 실수가 있는 경우(중하) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 중요한 실수가 있거나 계산을 끝까지 마치지 못한 경우(하) 잘못된 방향설정으로 답을 구하지 못한 경우