공통수학1행렬과 그 연산수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

회전변환과 대칭변환의 합성

문제

좌표평면에서 원점을 중심으로 π3\displaystyle \frac{\pi}{3}만큼 회전하는 회전변환을 ff, 직선 y=xy = x에 대한 대칭변환을 gg라 하자. 합성변환 g1fgg ^{- 1} \circ f \circ g 에 의하여 직선 x+2y+5=0x + 2 y + 5 = 0이 직선 ax+by+5=0ax + by + 5 = 0으로 옮겨질 때, a+2ba + 2 b의 값은? (단, a,ba , b는 상수이다) [3점] 12\displaystyle \frac{1}{2}1132\displaystyle \frac{3}{2}2252\displaystyle \frac{5}{2}

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해설

회전변환 ff의 행렬을 AA, 대칭변환 gg의 행렬을 BB라 하면 A=(cosπ3sinπ3sinπ3cosπ3)=(12323212)\displaystyle A = {\begin{pmatrix} \cos \frac{\pi}{3} & & - \sin \frac{\pi}{3} \\ \sin \frac{\pi}{3} & & \cos \frac{\pi}{3} \end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix} \frac{1}{2} & & - \frac{\sqrt{3}}{2} \\ \frac{\sqrt{3}}{2} & & \frac{1}{2} \end{pmatrix}}, B=(0110)\displaystyle B = {\begin{pmatrix} 0 & & 1 \\ 1 & & 0 \end{pmatrix}}이고 합성변환 g1fgg ^{- 1} \circ f \circ g의 행렬은 B1ABB ^{- 1} AB이다. B1AB=(0110)(12323212)(0110)\displaystyle B ^{- 1} AB = {\begin{pmatrix} 0 & & 1 \\ 1 & & 0 \end{pmatrix}} {\begin{pmatrix} \frac{1}{2} & & - \frac{\sqrt{3}}{2} \\ \frac{\sqrt{3}}{2} & & \frac{1}{2} \end{pmatrix}} {\begin{pmatrix} 0 & & 1 \\ 1 & & 0 \end{pmatrix}} =(32121232)(0110)=(12323212)\displaystyle = {\begin{pmatrix} \frac{\sqrt{3}}{2} & & \frac{1}{2} \\ \frac{1}{2} & & - \frac{\sqrt{3}}{2} \end{pmatrix}} {\begin{pmatrix} 0 & & 1 \\ 1 & & 0 \end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix} \frac{1}{2} & & \frac{\sqrt{3}}{2} \\ - \frac{\sqrt{3}}{2} & & \frac{1}{2} \end{pmatrix}} (xy)=(12323212)(xy)\displaystyle {\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix}} = {\begin{pmatrix} \frac{1}{2} & & \frac{\sqrt{3}}{2} \\ - \frac{\sqrt{3}}{2} & & \frac{1}{2} \end{pmatrix}} {\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}}에서 x=12x+32y,y=32x+12y\displaystyle x' = \frac{1}{2} x + \frac{\sqrt{3}}{2} y , y' = - \frac{\sqrt{3}}{2} x + \frac{1}{2} y x+2y+5=0x + 2 y + 5 = 0ax+by+5=0ax' + by' + 5 = 0으로 옮겨지므로 a(12x+32y)+b(32x+12y)+5=0\displaystyle a \left( \frac{1}{2} x + \frac{\sqrt{3}}{2} y \right) + b \left( - \frac{\sqrt{3}}{2} x + \frac{1}{2} y \right) + 5 = 0 (12a32b)x+(32a+12b)y+5=0\displaystyle \left( \frac{1}{2} a - \frac{\sqrt{3}}{2} b \right) x + \left( \frac{\sqrt{3}}{2} a + \frac{1}{2} b \right) y + 5 = 0 \cdots \cdots \text{㉠} ㉠이 x+2y+5=0x + 2 y + 5 = 0와 같아야 하므로 따라서 12a32b=1,32a+12b=2\displaystyle \frac{1}{2} a - \frac{\sqrt{3}}{2} b = 1 , \frac{\sqrt{3}}{2} a + \frac{1}{2} b = 2 연립하여 풀면 a=12+3,b=32+1\displaystyle a = \frac{1}{2} + \sqrt{3} , b = - \frac{\sqrt{3}}{2} + 1 a+2b=52\displaystyle \therefore a + 2 b = \frac{5}{2}

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