기하평면벡터수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

벡터 조건과 삼각형 넓이

문제

삼각형 OAB{\mathrm{OAB}}에 대하여 OA=a{\vec{\mathrm{OA}}} = {\vec{a}}, OB=b{\vec{\mathrm{OB}}} = {\vec{b}}라 하자. a+b=6\left| {\vec{a}} + {\vec{b}} \right| = 6, 2ab=9\left| 2 {\vec{a}} - {\vec{b}} \right| = 9, (a+b)(ab)=0\left( {\vec{a}} + {\vec{b}} \right) \bullet \left( {\vec{a}} - {\vec{b}} \right) = 0 일 때, 삼각형 OAB{\mathrm{OAB}}의 넓이는? [3점] 42\displaystyle 4 \sqrt{2}52\displaystyle 5 \sqrt{2}62\displaystyle 6 \sqrt{2}72\displaystyle 7 \sqrt{2}82\displaystyle 8 \sqrt{2}

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해설

(a+b)(ab)=a2b2=0\left( {\vec{a}} + {\vec{b}} \right) \bullet \left( {\vec{a}} - {\vec{b}} \right) = \left| {\vec{a}} \right| ^{2} - \left| {\vec{b}} \right| ^{2} = 0이므로 a=b\left| \vec{a} \right| = \left| \vec{b} \right| \cdots\cdotsa+b=6\left| {\vec{a}} + {\vec{b}} \right| = 6에서 a+b2\left| {\vec{a}} + {\vec{b}} \right| ^{2}=(a+b)(a+b)= \left( {\vec{a}} + {\vec{b}} \right) \bullet \left( {\vec{a}} + {\vec{b}} \right) =a2+b2+2(ab)= \left| \vec{a} \right| ^{2} + \left| \vec{b} \right| ^{2} + 2 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) 이므로 a2+b2+2(ab)=36\left| \vec{a} \right| ^{2} + \left| \vec{b} \right| ^{2} + 2 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) = 36 a2+a2+2(ab)=36\left| \vec{a} \right| ^{2} + \left| \vec{a} \right| ^{2} + 2 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) = 36 (\because ㉠) \therefore a2+ab=18\left| \vec{a} \right| ^{2} + \vec{a} \bullet \vec{b} = 18 \cdots\cdots2ab=9\left| 2 {\vec{a}} - {\vec{b}} \right| = 9에서 2ab2\left| 2 {\vec{a}} - {\vec{b}} \right| ^{2}=(2ab)(2ab)= \left( 2 {\vec{a}} - {\vec{b}} \right) \bullet \left( 2 {\vec{a}} - {\vec{b}} \right) =4a2+b24(ab)= 4 \left| \vec{a} \right| ^{2} + \left| \vec{b} \right| ^{2} - 4 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) 이므로 4a2+b24(ab)=814 \left| \vec{a} \right| ^{2} + \left| \vec{b} \right| ^{2} - 4 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) = 81 4a2+a24(ab)=814 \left| \vec{a} \right| ^{2} + \left| \vec{a} \right| ^{2} - 4 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) = 81 (\because ㉠) \therefore 5a24(ab)=815 \left| \vec{a} \right| ^{2} - 4 \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) = 81 \cdots\cdots ㉢ ㉡, ㉢에서 ab=1\vec{a} \bullet \vec{b} = 1, a2=b2=17\left| \vec{a} \right| ^{2} = \left| \vec{b} \right| ^{2} = 17 두 벡터 a\vec{a}, b\vec{b}가 이루는 각의 크기를 θ\theta라 하면 ab=1\vec{a} \bullet \vec{b} = 1에서 abcosθ=1\left| \vec{a} \right| \left| \vec{b} \right| \cos \theta = 1, cosθ=117\displaystyle \cos \theta = \frac{1}{17} sinθ=1cos2θ=1(117)2=12217\displaystyle \sin \theta = \sqrt{1 - \cos ^{2} \theta} = \sqrt{1 - \left( \frac{1}{17} \right) ^{2}} = \frac{12 \sqrt{2}}{17} 따라서 삼각형 OAB\mathrm{OAB}의 넓이는 12absinθ=12×17×12217=62\displaystyle \frac{1}{2} \left| \vec{a} \right| \left| \vec{b} \right| \sin \theta = \frac{1}{2} \times 17 \times \frac{12 \sqrt{2}}{17} = 6 \sqrt{2} [참고] 삼각형 OAB\mathrm{OAB}의 넓이는 다음과 같이 구할 수도 있다. 두 벡터 a\vec{a}, b\vec{b}가 이루는 각의 크기를 θ\theta라 하면 삼각형 OAB\mathrm{OAB}의 넓이는 \triangleOAB\mathrm{OAB}=12absinθ\displaystyle = \frac{1}{2} \left| \vec{a} \right| \left| \vec{b} \right| \sin \theta =12ab1cos2θ\displaystyle = \frac{1}{2} \left| \vec{a} \right| \left| \vec{b} \right| \sqrt{1 - \cos ^{2} \theta} =12ab1(abab)2\displaystyle = \frac{1}{2} \left| \vec{a} \right| \left| \vec{b} \right| \sqrt{1 - {\left( \frac{{\vec{a} \bullet \vec{b}}}{\left| \vec{a} \right| \left| \vec{b} \right|} \right) ^{2}}} =12a2b2(ab)2\displaystyle = \frac{1}{2} \sqrt{\left| \vec{a} \right| ^{2} \left| \vec{b} \right| ^{2} - \left( \vec{a} \bullet \vec{b} \right) ^{2}} =1217×1712\displaystyle = \frac{1}{2} \sqrt{17 \times 17 - 1 ^{2}} =12(171)(17+1)\displaystyle = \frac{1}{2} \sqrt{\left( 17 - 1 \right) \left( 17 + 1 \right)} =62\displaystyle = 6 \sqrt{2}

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