공통수학2원의 방정식AI발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

공통현이 지름일 때 사각형의 넓이

문제

그림과 같이 두 원 x2+y2=25x ^{2} + y ^{2} = 25, x2+y28x4y+15=0x ^{2} + y ^{2} - 8 x - 4 y + 15 = 0 이 서로 다른 두 점 A\mathrm{A}, B\mathrm{B} 에서 만난다. 원 x2+y28x4y+15=0x ^{2} + y ^{2} - 8 x - 4 y + 15 = 0 의 중심을 C\mathrm{C} 라 할 때, 사각형 OACB\mathrm{OACB} 의 넓이를 구하시오. (단, O\mathrm{O} 는 원점이다.) [4점]

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10

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해설

x2+y28x4y+15=0x ^{2} + y ^{2} - 8 x - 4 y + 15 = 0 을 변형하면 (x4)2+(y2)2=5\left( x - 4 \right) ^{2} + \left( y - 2 \right) ^{2} = 5 이므로 C(4,2)\mathrm{C} ( 4 , 2 ) 이고 반지름의 길이는 5\displaystyle \sqrt{5} 이다. 두 원의 방정식을 변끼리 빼면 (x2+y225)(x2+y28x4y+15)=0( x ^{2} + y ^{2} - 25 ) - ( x ^{2} + y ^{2} - 8 x - 4 y + 15 ) = 0 8x+4y40=08 x + 4 y - 40 = 0, 즉 2x+y10=02 x + y - 10 = 0 이 직선이 직선 AB\mathrm{AB} 이고, 2×4+210=02 \times 4 + 2 - 10 = 0 이므로 점 C\mathrm{C} 를 지난다. 즉 선분 AB\mathrm{AB} 는 원 (x4)2+(y2)2=5\left( x - 4 \right) ^{2} + \left( y - 2 \right) ^{2} = 5 의 지름이므로 AB=25\displaystyle \overline{\mathrm{AB}} = 2 \sqrt{5}OC=42+22=25\displaystyle \overline{\mathrm{OC}} = \sqrt{4 ^{2} + 2 ^{2}} = 2 \sqrt{5} 이고, 두 원의 중심을 잇는 선분 OC\mathrm{OC} 는 공통현 AB\mathrm{AB} 를 수직이등분한다. 따라서 사각형 OACB\mathrm{OACB} 의 넓이는 12×AB×OC=12×25×25=10\displaystyle \frac{1}{2} \times \overline{\mathrm{AB}} \times \overline{\mathrm{OC}} = \frac{1}{2} \times 2 \sqrt{5} \times 2 \sqrt{5} = 10

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