공통수학1행렬과 그 연산수능 기출기본 문제 (3점 중반)

일차변환과 벡터 각

문제

행렬 M=(1132)\displaystyle M = \begin{pmatrix} 1 & - 1 \\ 3 & - 2 \end{pmatrix}로 나타내어지는 일차변환에 의하여 점A(1,2)\mathrm{A} ( 1 , 2 )가 옮겨지는 점을 B\mathrm{B}, 행렬 M3M ^{3}으로 나타내어지는 일차변환에 의하여 점 C(2,0)\mathrm{C} ( 2 , 0 )이 옮겨지는 점을 D\mathrm{D}라 하자. 두 벡터 OB\mathrm{\vec{OB}}BD\mathrm{\vec{BD}}가 이루는 각의 크기를 θ\theta라 할 때, cosθ\cos \theta의 값은? (단, O\mathrm{O}는 원점이다.) [3점] 255\displaystyle - \frac{2 \sqrt{5}}{5}55\displaystyle - \frac{\sqrt{5}}{5}12\displaystyle - \frac{1}{2}33\displaystyle - \frac{\sqrt{3}}{3}22\displaystyle - \frac{\sqrt{2}}{2}

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해설

M=M =(1132)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} & {- 1} \\ {3} & {- 2} \end{pmatrix} M2M ^{2}=(1132)\displaystyle = \begin{pmatrix} {1} & {- 1} \\ {3} & {- 2} \end{pmatrix}(1132)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} & {- 1} \\ {3} & {- 2} \end{pmatrix}=(2131)\displaystyle = \begin{pmatrix} {- 2} & {1} \\ {- 3} & {1} \end{pmatrix} M3M ^{3}=(2131)\displaystyle = \begin{pmatrix} {- 2} & {1} \\ {- 3} & {1} \end{pmatrix}(1132)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} & {- 1} \\ {3} & {- 2} \end{pmatrix}=(1001)\displaystyle = \begin{pmatrix} {1} & {0} \\ {0} & {1} \end{pmatrix} MM(12)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} \\ {2} \end{pmatrix}==(1132)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} & {- 1} \\ {3} & {- 2} \end{pmatrix}(12)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} \\ {2} \end{pmatrix}=(11)\displaystyle = \begin{pmatrix} {- 1} \\ {- 1} \end{pmatrix}이므로 B(1,1)\mathrm{B} ( - 1 , - 1 ) M3M ^{3}(20)\displaystyle \begin{pmatrix} {2} \\ {0} \end{pmatrix}==(1001)\displaystyle \begin{pmatrix} {1} & {0} \\ {0} & {1} \end{pmatrix}(20)\displaystyle \begin{pmatrix} {2} \\ {0} \end{pmatrix}==(20)\displaystyle \begin{pmatrix} {2} \\ {0} \end{pmatrix}이므로 D(2,0)\mathrm{D} ( 2 , 0 )OB=(1,1)\vec{\mathrm{OB}} = ( - 1 , - 1 ), BD\vec{\mathrm{BD}}=ODOB= \mathrm{\vec{OD}} - \vec{OB}=(3,1)= ( 3 , 1 )cosθ\cos \theta=OBBDOBBD\displaystyle = \frac{\mathrm{\vec{OB} \cdot \vec{BD}}}{\left| \vec{OB} \right| \left| \vec{BD} \right|} =(1,1)(3,1)(1)2+(1)232+12\displaystyle = \frac{( - 1 , - 1 ) \cdot ( 3 , 1 )}{\sqrt{( - 1 ) ^{2} + ( - 1 ) ^{2}} \cdot \sqrt{3 ^{2} + 1 ^{2}}} =4210\displaystyle = \frac{- 4}{\sqrt{2} \cdot \sqrt{10}} =255\displaystyle = - \frac{2 \sqrt{5}}{5}

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