기하평면벡터수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

벡터 수직 코사인

문제

그림과 같이 AB=3\displaystyle \mathrm{\overline{AB}} = 3, BC=4\displaystyle \mathrm{\overline{BC}} = 4인 삼각형 ABC\mathrm{ABC}에서 선분 AC\mathrm{AC}1:21 : 2로 내분하는 점을 D\mathrm{D}, 선분 AC\mathrm{AC}2:12 : 1로 내분하는 점을 E\mathrm{E}라 하자. 선분 BC\mathrm{BC}의 중점을 F\mathrm{F}라 하고, 두 선분 BE\mathrm{BE}, DF\mathrm{DF}의 교점을 G\mathrm{G}라 하자. AGBE=0\mathrm{\vec{AG}} \bullet {\vec{BE}} = 0일 때, cos(ABC)=qp\displaystyle \cos \left( \angle \mathrm{ABC} \right) = \frac{\mathit{q}}{p}이다. p+qp + q의 값을 구하시오. (단, ppqq는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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해설

그림과 같이 BA=a\mathrm{\vec{BA}} = \mathit{\vec{a}}, BC=c\mathrm{\vec{BC}} = \mathit{\vec{c}}라 놓으면 BD=\mathrm{\vec{BD}} =23a+13c\displaystyle \frac{2}{3} \vec{a} + \frac{1}{3} \vec{c}, BE=\mathrm{\vec{BE}} =13a+23c\displaystyle \frac{1}{3} \vec{a} + \frac{2}{3} \vec{c}, BF=\mathrm{\vec{BF}} =12c\displaystyle \frac{1}{2} \vec{c}, BG\mathrm{\vec{BG}}는 실수 tt, ss에 대하여 t3a+2t3c\displaystyle \frac{t}{3} \vec{a} + \frac{2 t}{3} \vec{c}=s(23a+13c)+(1s)(12c)\displaystyle = s \left( \frac{2}{3} \vec{a} + \frac{1}{3} \vec{c} \right) + ( 1 - s ) \left( \frac{1}{2} \vec{c} \right) t3=2s3\displaystyle \frac{t}{3} = \frac{2 s}{3}, 2t3=s3+1s2\displaystyle \frac{2 t}{3} = \frac{s}{3} + \frac{1 - s}{2}, t=23\displaystyle t = \frac{2}{3}, s=13\displaystyle s = \frac{1}{3}, BG=\mathrm{\vec{BG}} =29a+49c\displaystyle \frac{2}{9} \vec{a} + \frac{4}{9} \vec{c}, AG=BGBA=\mathrm{\vec{AG}} = \vec{BG} - \vec{BA} =79a+49c\displaystyle - \frac{7}{9} \vec{a} + \frac{4}{9} \vec{c} AGBE=\mathrm{\vec{AG}} \cdot \vec{BE} =(79a+49c)(13a+23c)\displaystyle \left( - \frac{7}{9} \vec{a} + \frac{4}{9} \vec{c} \right) \cdot \left( \frac{1}{3} \vec{a} + \frac{2}{3} \vec{c} \right) =127(7a+4c)(a+2c)\displaystyle = \frac{1}{27} ( - 7 \vec{a} + 4 \vec{c} ) ( \vec{a} + 2 \vec{c} ) =127{7a2+8c210(ac)}\displaystyle = \frac{1}{27} \left\{ - 7 | \vec{a} | ^{2} + 8 | \vec{c} | ^{2} - 10 ( \vec{a} \cdot \vec{c} ) \right\} =127{63+12810(ac)}\displaystyle = \frac{1}{27} \{ - 63 + 128 - 10 ( \vec{a} \cdot \vec{c} ) \}=0= 0 따라서 ac=132\displaystyle \vec{a} \cdot \vec{c} = \frac{13}{2}, cosθ=acac\displaystyle \cos \theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{c}}{| \vec{a} | | \vec{c} |}=1323×4=1324\displaystyle = \frac{\frac{13}{2}}{3 \times 4} = \frac{13}{24}=qp\displaystyle = \frac{q}{p} \therefore p+q=37p + q = 37

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