공통수학2원의 방정식AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

두 원의 공통현의 길이 구하기

문제

다음은 그림과 같이 두 원 C1:x2+y2=16C _{1} : x ^{2} + y ^{2} = 16, C2:x2+y26x8y+16=0C _{2} : x ^{2} + y ^{2} - 6 x - 8 y + 16 = 0이 서로 다른 두 점 A\mathrm{A}, B\mathrm{B}에서 만날 때, 선분 AB\mathrm{AB}의 길이를 구하는 과정이다.

두 점 A\mathrm{A}, B\mathrm{B}의 좌표는 두 원의 방정식을 모두 만족시키므로 두 방정식을 변끼리 빼어 얻는 식 3x+4y=3 x + 4 y = (가) 도 만족시킨다. 곧 직선 AB\mathrm{AB}의 방정식은 3x+4y=3 x + 4 y = (가) 이다. 원 C1C _{1}의 중심 O\mathrm{O}에서 직선 AB\mathrm{AB}에 내린 수선의 발을 H\mathrm{H}라 하면 OH=\displaystyle \overline{\mathrm{OH}} = (나) 점 H\mathrm{H}는 선분 AB\mathrm{AB}의 중점이고 OA=4\displaystyle \overline{\mathrm{OA}} = \mathit{4}이므로 직각삼각형 OHA\mathrm{OHA}에서 AB=2AH=\displaystyle \overline{\mathrm{AB}} = \mathit{2} \overline{\mathrm{AH}} = (다)

위의 과정에서 (가), (나), (다)에 알맞은 수의 합을 구하시오. [4점]

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해설

x2+y2=16x ^{2} + y ^{2} = 16에서 x2+y26x8y+16=0x ^{2} + y ^{2} - 6 x - 8 y + 16 = 0을 빼면 6x+8y32=06 x + 8 y - 32 = 0, 곧 3x+4y=163 x + 4 y = 16이므로 (가)는 1616 원점 O\mathrm{O}와 직선 3x+4y16=03 x + 4 y - 16 = 0 사이의 거리는 OH=1632+42=165\displaystyle \overline{\mathrm{OH}} = \frac{\left| - 16 \right|}{\sqrt{3 ^{2} + 4 ^{2}}} = \frac{16}{5}이므로 (나)는 165\displaystyle \frac{16}{5} 직각삼각형 OHA\mathrm{OHA}에서 AH2=OA2OH2=1625625=14425\displaystyle \overline{\mathrm{AH}} ^{2} = \overline{\mathrm{OA}} ^{2} - \overline{\mathrm{OH}} ^{2} = 16 - \frac{256}{25} = \frac{144}{25}이므로 AH=125\displaystyle \overline{\mathrm{AH}} = \frac{12}{5} AB=2×125=245\displaystyle \overline{\mathrm{AB}} = \mathit{2} \times \frac{12}{5} = \frac{24}{5}이므로 (다)는 245\displaystyle \frac{24}{5} (검산) 원 C2C _{2}의 중심 (3,4)( 3 , 4 )와 직선 3x+4y=163 x + 4 y = 16 사이의 거리는 9+16165=95\displaystyle \frac{\left| 9 + 16 - 16 \right|}{5} = \frac{9}{5}이고 반지름의 길이는 33이므로 AB=298125=2×125=245\displaystyle \overline{\mathrm{AB}} = \mathit{2} \sqrt{9 - \frac{81}{25}} = 2 \times \frac{12}{5} = \frac{24}{5}로 같다. 따라서 (가), (나), (다)에 알맞은 수의 합은 16+165+245=24\displaystyle 16 + \frac{16}{5} + \frac{24}{5} = 24

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