기하공간도형과 공간좌표수능 기출기본 문제 (3점 중반)

두 평면이 이루는 각

문제

그림과 같이 AB=1\displaystyle \overline{{\mathrm{AB}}} = 1, AD=2\displaystyle \overline{{\mathrm{AD}}} = 2, AE=3\displaystyle \overline{{\mathrm{AE}}} = 3인 직육면체 ABCDEFGH{\mathrm{ABCD}} \mathit{-} {\mathrm{EFGH}}가 있다. 선분 CG{\mathrm{CG}}2:12 : 1로 내분하는 점 I{\mathrm{I}}에 대하여 평면 BID{\mathrm{BID}}와 평면 EFGH{\mathrm{EFGH}}가 이루는 예각의 크기를 θ\theta라 할 때, cosθ\cos \theta의 값은? [3점]

55\displaystyle \frac{\sqrt{5}}{5}66\displaystyle \frac{\sqrt{6}}{6}77\displaystyle \frac{\sqrt{7}}{7}24\displaystyle \frac{\sqrt{2}}{4}13\displaystyle \frac{1}{3}

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해설

AB=1\displaystyle \mathrm{\overline{AB}} \mathit{=} 1, AD=2\displaystyle \mathrm{\overline{AD}} \mathit{=} 2, AE=3\displaystyle \mathrm{\overline{AE}} \mathit{=} 3인 직육면체 ABCDEFGH\mathrm{ABCD} - EFGH에 대하여, 점 I\mathrm{I}가 선분 CG\mathrm{CG}2:12 : 1로 내분하므로 CI=2\displaystyle \mathrm{\overline{CI}} \mathit{=} 2 BD=5\displaystyle \mathrm{\overline{BD}} \mathit{=} \sqrt{5}이고 점 I\mathrm{I}에서 선분 BD\mathrm{BD}에 내린 수선의 발을 H\mathrm{H}라 하면 삼수선의 정리에 의하여 HIHC\displaystyle \mathrm{\overline{HI}} \mathit{\perp} \mathrm{\overline{HC}} 또한 CH×BD=CB×CD\displaystyle \mathrm{\overline{CH}} \mathit{\times} \mathrm{\overline{BD}} \mathit{=} \mathrm{\overline{CB}} \mathit{\times} \mathrm{\overline{CD}}에서 HC=255\displaystyle \mathrm{\overline{HC}} \mathit{=} \frac{2 \sqrt{5}}{5} 직각삼각형 ICH\mathrm{ICH}에서 HI=22+(255)2=2305\displaystyle \mathrm{\overline{H I}} \mathit{=} \sqrt{2 ^{2} + \left( \frac{2 \sqrt{5}}{5} \right) ^{2}} = \frac{2 \sqrt{30}}{5} 평면 BID\mathrm{BID}와 평면 EFGH\mathrm{EFGH}가 이루는 예각의 크기는 평면 BID\mathrm{BID}와 평면 ABCD\mathrm{ABCD}가 이루는 예각의 크기와 같으므로 cosθ=HCHI\displaystyle \cos \theta = \frac{\mathrm{\overline{HC}}}{\mathrm{\overline{H I}}}=66\displaystyle = \frac{\sqrt{6}}{6}

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