기하공간도형과 공간좌표수능 기출기본 문제 (3점 중반)

구와 z축 교점

문제

좌표공간에서 중심이 A(a,3,4)\mathrm{A} \mathit{\left( a , - 3 , 4 \right)}(a>0a > 0)인 구 SSxx축과 한 점에서만 만나고 OA\displaystyle {\overline{\mathrm{OA}}}=33\displaystyle = 3 \sqrt{3}일 때, 구 SSzz축과 만나는 두 점 사이의 거리는? (단, O\mathrm{O}는 원점이다.) [3점] 36\displaystyle 3 \sqrt{6}214\displaystyle 2 \sqrt{14}58\displaystyle \sqrt{58}215\displaystyle 2 \sqrt{15}62\displaystyle \sqrt{62}

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해설

구가 xx축과 만나는 한 점의 좌표를 H\mathrm{H}라 하면 점 H(a,0,0)\mathrm{H} ( \mathit{a} , 0 , 0 )이다. 이때 선분 AH\mathrm{AH}의 길이가 반지름이므로 AH=0+(3)2+42=5\displaystyle \overline{\mathrm{AH}} = \sqrt{0 + ( - 3 ) ^{2} + 4 ^{2}} = 5 OA=33\displaystyle \overline{\mathrm{OA}} = 3 \sqrt{3}이므로 OA=a2+32+42=a2+25=27\displaystyle \overline{\mathrm{OA}} = \sqrt{\mathit{a} ^{2} + 3 ^{2} + 4 ^{2}} = \sqrt{a ^{2} + 25} = \sqrt{27} a=2\displaystyle \therefore a = \sqrt{2} (a>0\because a > 0) zz축에 수선의 발을 내린 점을 G\mathrm{G}라 하면 G(0,0,4)\mathrm{G} ( 0 , 0 , 4 )이고 AG=(2)2+(3)2+0=11\displaystyle \overline{\mathrm{AG}} = \sqrt{( \sqrt{2} ) ^{2} + ( - 3 ) ^{2} + 0} = \sqrt{11} zz축에서 만나는 두 점을 Q,Q\mathrm{Q} , Q'라 하면 QQ=2GQ\displaystyle \overline{\mathrm{QQ}'} = 2 \overline{\mathrm{GQ}}이고 GQ2=AQ2AG2\displaystyle {\overline{\mathrm{GQ}}} ^{2} = {\overline{\mathrm{AQ}}} ^{2} - {\overline{\mathrm{AG}}} ^{2}=2511=14= 25 - 11 = 14이므로 GQ=14\displaystyle \overline{\mathrm{GQ}} = \sqrt{14} 따라서 두 점 사이의 거리는 214\displaystyle 2 \sqrt{14}

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