[문제 1-1] (답) −2527
(풀이) 두 초점 F,F′ 사이의 거리가 14이고 주축의 길이가 10인 쌍곡선의 방정식은 25x2−24y2=1이다. (이유: 초점 F(7,0), F′(−7,0)이고 25+24=72)
이 쌍곡선에 대해 다음 기본 성질이 성립된다.
① P가 쌍곡선 위의 점이므로 쌍곡선의 정의에 의해 F′P−FP=10이다. 이때 F′R=10이므로 PR=PF가 성립된다. 그러면 △PRF는 이등변 삼각형이다.
② Q가 선분 F′R을 지름으로 하는 원 위에 있으므로 ∠F′QR=2π이 되고 결과적으로 ∠FQR=2π가 된다.
이로부터 다음 성질이 성립한다.
△PQR≡△PQF (이유: PQ는 공통, PR=PF, ∠RPQ=∠FPQ이므로 SAS 합동)이므로 다음이 성립된다.
(ⅰ) RQ=FQ
(ⅱ) ∠PQR=∠PQF이고 ∠FQR=2π이므로 ∠PQR=∠PQF=4π이 성립되며 결과적으로 직선 ℓ의 기울기는 tan(4π)=1이다.
Q(1,0)을 보인다.
Q를 (k,0) (k>0)라고 하면 F′Q=7+k, FQ=7−k이고, ‘③(ⅰ)’ 식에 의해 RQ=7−k가 된다. 그러면 삼각형 △RQF′은 직각삼각형이므로 102=(7+k)2+(7−k)2을 만족한다. 따라서 k=1이다.
cosθ=2524를 보인다.
③과 ④에 의해 직선 ℓ의 방정식은 y=x−1이다. 이 식을 쌍곡선 25x2−24y2=1에 대입하여 풀면 점 P의 좌표는 (25,24)이다.
FP=(25−7)2+242=30, F′P=(25+7)2+242=40, FF′=14이므로
cosθ=2×30×40302+402−142=2524이다.
∫0θxcosxf′(sinx)dx+∫2π−θ2πf(cosx)dx을 계산한다.
(ⅰ) [xf(sinx)]′=f(sinx)+xcosxf′(sinx)이므로 ∫0θxcosxf′(sinx)dx에 부분적분법을 적용하면 다음이 성립한다.∫0θxcosxf′(sinx)dx=[xf(sinx)]0θ−∫0θf(sinx)dx=θf(sinθ)−∫0θf(sinx)dx−
(ⅱ) ∫2π−θ2πf(cosx)dx에서 x=2π−t로 치환하면 다음 식이 성립한다.∫2π−θ2πf(cosx)dx=−∫θ0f(cos(2π−t))dt=−∫θ0f(sint)dt=∫0θf(sint)dt
따라서 (ⅰ)과 (ⅱ)를 사용하여 주어진 식을 구하면 다음과 같다.
∫0θxcosxf′(sinx)dx+∫2π−θ2πf(cosx)dx=θf(sinθ)−∫0θf(sinx)dx+∫0θf(sint)dt=θf(sinθ)
=θf(257) (이유: cosθ=2524, sin2θ+cos2θ=1, sinθ>0이므로)
=5(−53)3=−2527 (이유: f(x)=θ5(5x−2)3이므로)
[문제 1-2] (답) 7571
(풀이)
① PD=3PR+2PF=3a+2b
② l=−32을 보인다.
∠DPR=∠EPR이므로 PD+PE=mPR (m은 0이 아닌 실수)로 쓸 수 있으므로 다음 식이 성립한다.3a+2b+(ka+lb)=ma(31+k−m)a+(32+l)b=0
두 벡터 a와 b가 서로 평행이 아니므로 위 식이 성립하려면 31+k−m=0, 32+l=0이다. 즉,k=−31, l=−32이다.
③ k=75121
PD=PE이므로 PD=3a+2b와 PE=ka−32b에 대해서 PD⋅PD=PE⋅PE이 성립한다. 따라서
(3a+2b)⋅(3a+2b)=(ka−32b)⋅(ka−32b)
91∣a∣2+94∣b∣2+94a⋅b=k2∣a∣2+94∣b∣2−34ka⋅b−−−(∗)
∣a∣=∣b∣이고 cosθ=2524이므로 (이유: [문제 1-1] 풀이에서 계산)
식 (*)는 다음과 같다: 225k2−288k−121=0 즉, (3k+1)(75k−121)=0
따라서 k=75121 (이유: (풀이2) ②에서 k=−31이므로)
[문제 1-1] (15점)(5점) cosθ=2524 또는 sinθ=257 (다양한 풀이)(5점) 부분적분법으로 ∫0θxcosxf′(sinx)dx 계산(3점) 치환 적분으로 ∫2π−θ2πf(cosx)dx 계산(2점) PR=PF가 성립(쌍곡선 개념 사용)
[문제 1-2] (15점)(5점) 답안을 명료하게 작성(다양한 풀이)(5점) k=121/75 (다양한 풀이)(3점) PD=3PR+2PF=3a+2b(2점) l=−2/3 (다양한 풀이)