기하공간도형과 공간좌표수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

공간에서 타원 위 점과의 거리

문제

좌표공간에 점 A(9,0,5)\mathrm{A} ( 9 , 0 , 5 )가 있고, xyxy평면 위에 타원 x29+y2=1\displaystyle \frac{x ^{2}}{9} + y ^{2} = 1이 있다. 타원 위의 점 P\mathrm{P}에 대하여 AP\displaystyle \overline{\mathrm{AP}}의 최댓값을 구하시오. [3점]

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해설

P\mathrm{P}의 좌표를 (3cosθ,sinθ,0)( 3 \cos \theta , \sin \theta , 0 )이라 두면

AP=(93cosθ)2+sin2θ+52\displaystyle \mathrm{\overline{AP}} = \sqrt{( 9 - 3 \cos \theta ) ^{2} + \sin ^{2} \theta + 5 ^{2}} =8154cosθ+9cos2θ(1cos2θ)+25\displaystyle = \sqrt{81 - 54 \cos \theta + 9 \cos ^{2} \theta ( 1 - \cos ^{2} \theta ) + 25} =8{cos2θ548cosθ+(278)22782+107\displaystyle = \sqrt{8 \left\{ \cos ^{2} \theta - \frac{54}{8} \cos \theta + \left( \frac{27}{8} \right) ^{2} \right.} - \frac{27}{8 ^{2}} + 107 =8(cosθ278)2+1278\displaystyle = \sqrt{8 \left( \cos \theta - \frac{27}{8} \right) ^{2} + \frac{127}{8}} cosθ=1\cos \theta = - 1일 때 최대가 되므로 AP107+54+8=169=13\displaystyle \mathrm{\overline{AP}} \leq \sqrt{107 + 54 + 8} = \sqrt{169} = 13

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