기하공간도형과 공간좌표수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

접평면 사이 정사영

문제

x2+y2+z2=1x ^{2} + y ^{2} + z ^{2} = 1 위의 점 (45,35,0)\displaystyle ( \frac{4}{5} , \frac{3}{5} , 0 )에서 구에 접하는 평면을 α\alpha, 점 (0,35,45)\displaystyle ( 0 , \frac{3}{5} , \frac{4}{5} )에서 구에 접하는 평면을 β\beta라 한다. 평면 α\alpha 위에 있는, 넓이가 100100인 삼각형을 평면 β\beta 위로 정사영시켜 얻은 도형의 넓이를 구하시오. [3점]

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해설

x2+y2+z2=1x ^{2} + y ^{2} + z ^{2} = 1 위의 점 (45,35,0)\displaystyle \left( \frac{4}{5} , \frac{3}{5} , 0 \right)에서 구에 접하는 평면 α\alpha의 방정식은 45x+35y=1\displaystyle \frac{4}{5} x + \frac{3}{5} y = 1 4x+3y=5\therefore 4 x + 3 y = 5(0,35,45)\displaystyle \left( 0 , \frac{3}{5} , \frac{4}{5} \right)에서 구에 접하는 평면의 방정식은 35y+45z=1\displaystyle \frac{3}{5} y + \frac{4}{5} z = 1 3y+4z=5\therefore 3 y + 4 z = 5 평면 α,β\alpha , \beta의 법선벡터를 각각 a,b\vec{a} , \vec{b}라 하면 a=(4,3,0),b=(0,3,4)\vec{a} = ( 4 , 3 , 0 ) , \vec{b} = ( 0 , 3 , 4 ) 평면 α\alpha와 평면 β\beta가 이루는 각을 θ\theta라 하면 cosθ=abab\displaystyle \cos \theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{| \vec{a} | | \vec{b} |}=40+33+0442+3232+42\displaystyle = \frac{4 \cdot 0 + 3 \cdot 3 + 0 \cdot 4}{\sqrt{4 ^{2} + 3 ^{2}} \sqrt{3 ^{2} + 4 ^{2}}}=95×5\displaystyle = \frac{9}{5 \times 5}=925\displaystyle = \frac{9}{25} S=ScosθS' = S \cdot \cos \theta에서 S=100,cosθ925\displaystyle S = 100 , \cos \theta \frac{9}{25}이므로 S=100×925\displaystyle S' = 100 \times \frac{9}{25}=36= 36 따라서, 구하는 정사영의 넓이는 3636이다.

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