대수삼각함수의 활용수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

반원과 삼각형 넓이

문제

중심이 O\mathrm{O}이고 길이가 1010인 선분 AB\mathrm{AB}를 지름으로 하는 반원의 호 위에 점 P\mathrm{P}가 있다. 그림과 같이 선분 PB\mathrm{PB}의 연장선 위에 PA=PC\displaystyle \mathrm{\overline{PA} = \overline{PC}}인 점 C\mathrm{C}를 잡고, 선분 PO\mathrm{PO}의 연장선 위에 PA=PD\displaystyle \mathrm{\overline{PA} = \overline{PD}}인 점 D\mathrm{D}를 잡는다. PAB=θ\mathrm{\angle PAB = \theta}에 대하여 4sinθ=3cosθ4 \sin \theta = 3 \cos \theta일 때, 삼각형 ADC\mathrm{ADC}의 넓이는? [4점]

635\displaystyle \frac{63}{5}12710\displaystyle \frac{127}{10}645\displaystyle \frac{64}{5}12910\displaystyle \frac{129}{10}1313

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해설

[출제의도] 삼각함수를 활용하여 문제 해결하기 OA=OP\displaystyle \mathrm{\overline{OA} = \overline{OP}}이므로 OAP=OPA=θ\mathrm{\angle OAP = \angle OPA = \theta} APB=π2\displaystyle \mathrm{\angle APB = \frac{\pi}{2}}이므로 CPD=π2θ\displaystyle \mathrm{\angle CPD = \frac{\pi}{2} - \theta} 4sinθ=3cosθ4 \sin \theta = 3 \cos \theta, sin2θ+cos2θ=1\sin ^{2} \theta + \cos ^{2} \theta = 1이므로 sin2θ+169sin2θ=1\displaystyle \sin ^{2} \theta + \frac{16}{9} \sin ^{2} \theta = 1, sin2θ=925\displaystyle \sin ^{2} \theta = \frac{9}{25} 0<θ<π2\displaystyle 0 < \theta < \frac{\pi}{2}이므로 sinθ=35\displaystyle \sin \theta = \frac{3}{5}, cosθ=45\displaystyle \cos \theta = \frac{4}{5} AB=10\displaystyle \mathrm{\overline{AB} = 10}, APB=π2\displaystyle \mathrm{\angle APB = \frac{\pi}{2}}이므로 PA=10cosθ=8\displaystyle \mathrm{\overline{PA} = 10 \cos \theta = 8}, PA=PC=PD=8\displaystyle \mathrm{\overline{PA} = \overline{PC} = \overline{PD} = 8} (삼각형 ADC\mathrm{ADC}의 넓이) ==(삼각형 PAD\mathrm{PAD}의 넓이)++(삼각형 PDC\mathrm{PDC}의 넓이)-(삼각형 PAC\mathrm{PAC}의 넓이) =12×8×8×sinθ+12×8×8×sin(π2θ)\displaystyle = \frac{1}{2} \times 8 \times 8 \times \sin \theta + \frac{1}{2} \times 8 \times 8 \times \sin \left( \frac{\pi}{2} - \theta \right)12×8×8\displaystyle - \frac{1}{2} \times 8 \times 8 =32sinθ+32cosθ32= 32 \sin \theta + 32 \cos \theta - 32 =32×35+32×4532\displaystyle = 32 \times \frac{3}{5} + 32 \times \frac{4}{5} - 32 =645\displaystyle = \frac{64}{5}

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