기하공간도형과 공간좌표수능 기출기본 문제 (3점 중반)

정육면체 이면각

문제

정육면체 ABCDEFGH\mathrm{A} BCD - \mathrm{E} FGH에서 평면 AFG\mathrm{A} FG와 평면AGH\mathrm{A} GH가 이루는 각의 크기를 θ\theta라 할 때, cos2θ\cos ^{2} \theta의 값은? [3점]

16\displaystyle \frac{1}{6}15\displaystyle \frac{1}{5}14\displaystyle \frac{1}{4}13\displaystyle \frac{1}{3}12\displaystyle \frac{1}{2}

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해설

한 모서리의 길이를 aa라 하고 H,F\mathrm{H} , F에서 AG\displaystyle \mathrm{\overline{AG}}에 그은 수선의 발을 M이라 하면 그림에서 AGH\mathrm{\triangle} AGH=12GHAH\displaystyle = \frac{1}{2} \overline{\mathrm{G} H} \cdot \overline{\mathrm{A} H}=12AGHM\displaystyle = \frac{1}{2} \mathrm{\overline{AG}} \cdot \overline{HM}이고 AH=2a,BH=a\displaystyle \overline{\mathrm{AH}} = \sqrt{2 a} , \overline{\mathrm{BH}} = a, AG=3a\displaystyle \overline{\mathrm{AG}} = \sqrt{3 a}이므로 HM=63a=FM\displaystyle \overline{\mathrm{HM}} = \frac{\sqrt{6}}{3} a = \overline{\mathrm{FM}} 또, FH=2a\displaystyle \overline{\mathrm{FH}} = \sqrt{2 a}에서 cosθ\cos \theta=HM2+FM2FH22HMFM\displaystyle \frac{= \mathrm{\overline{HM} ^{2} + \overline{FM} ^{2} - \overline{FH} ^{2}}}{2 \cdot \overline{HM} \cdot \overline{FM}} =69a2+69a22a2263a63a=69a2129a2=12\displaystyle = \frac{\frac{6}{9} a ^{2} + \frac{6}{9} a ^{2} - 2 a ^{2}}{{2 \cdot \frac{\sqrt{6}}{3} a \cdot \frac{\sqrt{6}}{3} a} ^{=}} \frac{- \frac{6}{9} a ^{2}}{\frac{12}{9} a ^{2}} = - \frac{1}{2} cos2θ=14\displaystyle \therefore \cos ^{2} \theta = \frac{1}{4}

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