p1 : a+b=v 와 ∣v∣≤∣a∣+∣b∣≤2∣v∣ 를 만족시키는 벡터 b가 존재한다.
p2 : a+b=v 와 ∣a∣=m, ∣b∣=n 을 만족시키는 벡터 b가 존재한다. (단, m과 n은 0<m<n인 상수이다.)
[문제 3-1] 벡터 v=(c,0)일 때, 명제 p1을 만족시키는 위치벡터 a의 종점이 이루는 도형을 c를 이용하여 나타내시오. (단, c는 양의 실수이다.) [10점]
[문제 3-2] 명제 p2를 만족시키는 벡터 a의 집합을 S라고 할 때, 집합 S의 원소의 개수가 2가 되는 벡터 v의 조건을 m과 n을 사용하여 나타내시오. [10점]
해설강의 준비중
연세대 신촌캠퍼스 2020학년도 수시 자연계열 I (오전) 3번 · mathesis.kr/archive/yonsei_sinchon/2020su/jayeon1_3
[3-1 번]부등식의 경계인 ∣a∣+∣v−a∣=2∣v∣를 직접 a에 대해 계산하여 얻을 수도 있다.즉, a=(x,y)라 두면x2+y2+(c−x)2+y2=2c를 얻고,(c−x)2+y2=(2c−x2+y2)2=4c2−4cx2+y2+x2+y2과 같이 근호를 차례로 제거하여 정리하면,c2(x−2c)2+(23c)2y2=1.
이 방정식은 장축의 길이가 2c, 단축의 길이가 3c인 타원이므로, 구하려는 도형은 이 경계선을 포함한 타원의 내부이다.
[3-2번]벡터 a가 집합 S의 원소이므로 a가 ∣a∣=m과 ∣a−v∣=n을 만족하는 서로 다른 2개의 a가 존재한다. v의 시점과 종점을 연결한 선분을 OV라 하고 a의 시점과 종점을 연결한 선분을 OA라 했을 때, a−v를 나타내는 선분은 VA이다.
경우1. 선분 OV와 선분 OA가 한 직선상에 놓이지 않은 경우를 생각하자. 삼각형 OVA의 두변의 길이의 합이 나머지 한변의 길이보다 크기 때문에 ∣v−a∣−∣a∣<∣v∣<∣v−a∣+∣a∣이 항상 성립한다.따라서 n−m=∣v−a∣−∣a∣<∣v∣<∣v−a∣+∣a∣=n+m.경우2. 선분 OV와 선분 OA가 평행하여 한 직선상에 놓인 경우를 생각하자.1) a와 v−a가 같은 방향인 경우명제 p2를 만족하는 a는 벡터 v의 방향과 일치하고 ∣a∣=m인 하나의 벡터밖에 없다.2) a와 v−a가 반대 방향인 경우명제 p2를 만족하는 a는 벡터 v의 방향과 반대이고 ∣a∣=m인 하나의 벡터밖에 없다.따라서 a가 ∣a∣=m과 ∣a−v∣=n을 만족하는 서로 다른 2개의 a가 있을 필요충분조건은 경우 1의 n−m<∣v∣<n+m이다.