중학중학 미분류수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

부채꼴 속 삼각형 넓이

문제

그림과 같이 중심이 O\mathrm{O}이고 중심각의 크기가 120120 ^\circ인 부채꼴 OAB\mathrm{OAB}가 있다. AOC=DOB=30\mathrm{\angle} AOC = \angle DOB = 30 ^\circ인 호 AB\mathrm{AB} 위의 두 점 C\mathrm{C}, D\mathrm{D}에 대하여 선분 OC\mathrm{OC}와 선분 AD\mathrm{AD}가 만나는 점을 E\mathrm{E}라 하자. 선분 OD\mathrm{OD}의 수직이등분선과 선분 OB\mathrm{OB}가 만나는 점 F\mathrm{F}에 대하여 BF=233\displaystyle \mathrm{\overline{BF}} = \frac{2 \sqrt{3}}{3}일 때, 삼각형 ODE\mathrm{ODE}의 넓이는? [4점]

3+32\displaystyle \frac{3 + \sqrt{3}}{2}4+32\displaystyle \frac{4 + \sqrt{3}}{2}3+232\displaystyle \frac{3 + 2 \sqrt{3}}{2}2+3\displaystyle {2 + \sqrt{3}}3+332\displaystyle \frac{3 + 3 \sqrt{3}}{2}

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해설

[출제의도] 삼각비를 이용하여 삼각형의 넓이를 구하는 문제를 해결한다.

F\mathrm{F}에서 선분 OD\mathrm{OD}에 내린 수선의 발을 H\mathrm{H}라 하자. OF=x\displaystyle \mathrm{\overline{OF}} = \mathit{x}라 하면 직각삼각형 OFH\mathrm{OFH}에서 cos30=OHOF\displaystyle \cos 30 ^\circ = \frac{\mathrm{\overline{OH}}}{\mathrm{\overline{OF}}}이므로 32=OHx\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\mathrm{\overline{OH}}}{x} OH=32x\displaystyle \mathrm{\overline{OH}} = \frac{\mathit{\sqrt{3}}}{2} x 부채꼴 OAB\mathrm{OAB}의 반지름의 길이를 rr라 하면 rr=2OH\displaystyle = \mathrm{2} {\overline{OH}}=3x\displaystyle = \sqrt{3} x이므로 rr=OF+BF\displaystyle = \mathrm{\overline{OF}} + \mathrm{\overline{BF}}=x+233\displaystyle = x + \frac{2 \sqrt{3}}{3}=3x\displaystyle = \sqrt{3} x (31)x=233\displaystyle \left( \sqrt{3} - 1 \right) x = \frac{2 \sqrt{3}}{3} xx=233(31)\displaystyle = \frac{2 \sqrt{3}}{3 ( \sqrt{3} - 1 )}=23(3+1)3(31)(3+1)\displaystyle = \frac{2 \sqrt{3} \left( \sqrt{3} + 1 \right)}{3 \left( \sqrt{3} - 1 \right) \left( \sqrt{3} + 1 \right)}=2×3+233×2\displaystyle = \frac{2 \times 3 + 2 \sqrt{3}}{3 \times 2}=3+33\displaystyle = \frac{3 + \sqrt{3}}{3} rr=3x\displaystyle \mathrm{=} \mathit{\sqrt{3}} x=3×3+33\displaystyle \mathrm{=} \mathit{\sqrt{3}} \times \frac{3 + \sqrt{3}}{3}=33+33\displaystyle \mathrm{=} \frac{3 \sqrt{3} + 3}{3}=3+1\displaystyle = \sqrt{3} + 1E\mathrm{E}에서 선분 OD\mathrm{OD}에 내린 수선의 발을 I\mathrm{I}라 하고 OI=y\displaystyle \mathrm{\overline{OI}} = \mathit{y}라 하면 EOI\mathrm{\angle} EOI=AOBAOCDOB= \mathrm{\angle} AOB - \mathrm{\angle} AOC - \mathrm{\angle} DOB =1203030= \mathrm{120} ^\circ - \mathrm{30} ^\circ - 30 ^\circ=60= \mathrm{60} ^\circ 직각삼각형 EOI\mathrm{EOI}에서 tan(EOI)\tan \left( \angle \mathrm{EOI} \right)=tan60= \tan 60 ^\circ=EIOI\displaystyle = \frac{\mathrm{\overline{EI}}}{\mathrm{\overline{OI}}}=EIy\displaystyle = \frac{\mathrm{\overline{EI}}}{y} EI\displaystyle \mathrm{\overline{EI}}=y×tan60= y \times \mathrm{\tan} 60 ^\circ=3y\displaystyle = \sqrt{3} y OA=OD\displaystyle \mathrm{\overline{OA}} = \mathrm{\overline{OD}}인 이등변삼각형 AOD\mathrm{AOD}에서 AOD\mathrm{\angle} AOD=AOC+COD= \mathrm{\angle} AOC + \mathrm{\angle} COD=AOC+EOI= \mathrm{\angle} AOC + \mathrm{\angle} EOI=30+60= \mathrm{30} ^\circ + \mathrm{60} ^\circ=90= \mathrm{90} ^\circ 이므로 삼각형 AOD\mathrm{AOD}가 직각삼각형이다. 그러므로 EDI=ADO=45\mathrm{\angle} EDI = \angle ADO = 45 ^\circ tan(EDI)\tan \left( \angle \mathrm{EDI} \right)=tan45= \tan 45 ^\circ=EIDI\displaystyle = \frac{\mathrm{\overline{EI}}}{\mathrm{\overline{DI}}}=3yDI\displaystyle = \frac{\mathit{\sqrt{3}} y}{\mathrm{\overline{DI}}} DI\displaystyle \mathrm{\overline{DI}}=3y×1tan45\displaystyle = \sqrt{3} y \times \frac{\mathrm{1}}{\tan 45 ^\circ}=3y\displaystyle = \sqrt{3} y OD\displaystyle \mathrm{\overline{OD}}=OI+DI\displaystyle \mathrm{=} {\overline{OI}} + {\overline{DI}}=y+3y\displaystyle = y + \sqrt{3} y=(3+1)y\displaystyle = \left( \sqrt{3} + 1 \right) y 3+1=(3+1)y\displaystyle \sqrt{3} + 1 = \left( \sqrt{3} + 1 \right) y y=1y = 1 따라서 ODE\triangle \mathrm{ODE}=12×OD×EI\displaystyle = \frac{1}{2} \times \mathrm{\overline{OD}} \times \overline{EI} =12×r×3y\displaystyle = \frac{1}{2} \times r \times \sqrt{3} y =12×(3+1)×3\displaystyle = \frac{1}{2} \times \left( \sqrt{3} + 1 \right) \times \sqrt{3} =3+32\displaystyle = \frac{3 + \sqrt{3}}{2}

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