기하공간도형과 공간좌표수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

정사영 넓이

문제

그림과 같이 직육면체 ABCDEFGH 와 한 변의 길이가 11인 정사면체 PQRS 가 평면α\alpha 위에 놓여있다. 변 GH 와 변 RS 가 평행할 때, 삼각형 PRS 의 평면 CGHD 위로의 정사영의 넓이는? [3점]

32\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{2}23\displaystyle \frac{\sqrt{2}}{3}66\displaystyle \frac{\sqrt{6}}{6}38\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{8}612\displaystyle \frac{\sqrt{6}}{12}

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해설

△PRS의 평면 CGHD 위로의 정사영을PRS\mathrm{\triangle P' \mathrm{R}' \mathrm{S}'}이라 하자. P에서 △QRS에 수선 PN를 내리면 △PQN≡△PRN≡△PSN 이므로 점 N은 정삼각형 QRS의 무게중심이다.

직선 QN과 직선 RS의 교점을 M이라 하면 RM=SM,QN=NM=2:1\displaystyle \overline{R M} = \overline{SM} , \overline{QN} = \overline{NM} = 2 : 1QM=114=32=PM\displaystyle \mathrm{\overline{QM}} = \sqrt{1 - \frac{1}{4}} = \frac{\sqrt{3}}{2} = \overline{PM}NM=13QM=13×32=36\displaystyle \mathrm{\overline{NM}} = \frac{1}{3} \overline{QM} = \frac{1}{3} \times \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\sqrt{3}}{6}PN=PM2NM2\displaystyle \mathrm{\overline{PN}} = \sqrt{{\overline{PM}} ^{2} - {\overline{NM}} ^{2}} =(32)2(36)2=63\displaystyle = \sqrt{\left( \frac{\sqrt{3}}{2} \right) ^{2} - \left( \frac{\sqrt{3}}{6} \right) ^{2}} = \frac{\sqrt{6}}{3}cosθ=PNPM=6332=223\displaystyle \cos \theta \mathrm{=} \frac{\overline{PN}}{\overline{PM}} = \frac{\frac{\sqrt{6}}{3}}{\frac{\sqrt{3}}{2}} = \frac{2 \sqrt{2}}{3}PRS=PRScosθ\mathrm{\triangle} P' \mathrm{R}' \mathrm{S}' = \triangle PRS \cdot \cos \theta =12132223\displaystyle = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{2 \sqrt{2}}{3} =66\displaystyle = \frac{\sqrt{6}}{6}

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