기하평면벡터수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

벡터 영역의 넓이

문제

그림과 같이 OA=3\displaystyle \mathrm{\overline{OA}} = 3, OB=2\displaystyle \mathrm{\overline{OB}} = 2, AOB=30\mathrm{\angle} AOB = 30 ^\circ인 삼각형 OAB\mathrm{OAB}가 있다. 연립부등식 3x+y23 x + y \geq 2, x+y2x + y \leq 2, y0y \geq 0을 만족시키는 x,yx , y에 대하여 벡터 OP=xOA+yOB\mathrm{\vec{OP}} = {\mathit{x}} \vec{OA} + {\mathit{y}} \vec{OB}의 종점 P\mathrm{P}가 존재하는 영역의 넓이를 SS라 할 때, S2S ^{2}의 값을 구하시오. [4점]

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해설

주어진 연립 부등식의 해를 좌표평면에 도시하면 다음과 같다.

주어진 영역을 관찰하면 결국 x+y=2x + y = 2인 경우와 3x+y=23 x + y = 2인 경우 사이의 범위임을 알 수 있다. x+y=2x + y = 2일 때 x2+y2=1\displaystyle \frac{x}{2} + \frac{y}{2} = 1이므로 OP=x2(2OA)+y2(2OB)=x2(OA)+y2(OB)\displaystyle \mathrm{\vec{OP}} \mathit{=} \frac{x}{2} \cdot \left( 2 \mathrm{\vec{OA}} \right) \mathit{+} \frac{y}{2} \cdot \left( 2 \mathrm{\vec{OB}} \right) \mathit{=} \frac{x}{2} \cdot \left( \mathrm{\vec{OA'}} \right) \mathit{+} \frac{y}{2} \cdot \left( \mathrm{\vec{OB'}} \right) 3x+y=23 x + y = 2일 때, 32x+y2=1\displaystyle \frac{3}{2} x + \frac{y}{2} = 1이므로 OP=32x(23OA)+y2(2OB)=32x(OA)+y2(OB)\displaystyle \mathrm{\vec{OP}} \mathit{=} \frac{3}{2} x \cdot \left( \frac{2}{3} \mathrm{\vec{OA}} \right) \mathit{+} \frac{y}{2} \cdot \left( 2 \mathrm{\vec{OB}} \right) = \frac{\mathit{3}}{2} x \cdot \left( \mathrm{\vec{OA''}} \right) \mathit{+} \frac{y}{2} \cdot \left( \mathrm{\vec{OB'}} \right) 라 두고, B\mathrm{B}'에서 OA\displaystyle \mathrm{\overline{OA}}'에 내린 수선의 발을 H\mathrm{H}라 두자.

OB=2,OB=4,OA=2,AA=4,BH=2\displaystyle \mathrm{\overline{OB}} = 2 , \overline{OB}' = 4 , \overline{OA}'' = 2 , \overline{A' A''} = 4 , \overline{B}' H = 2이고, 구하고자 하는 넓이는 빨간색(굵은선)으로 둘러쌓인 부분의 넓이이다. BAA=S=1242=4\displaystyle \mathrm{\therefore} \triangle BA'' A' = S = \frac{1}{2} \cdot 4 \cdot 2 = 4 \rightarrow S2=16S ^{2} = 16

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