미적분Ⅰ도함수의 활용수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

접선 삼각형 넓이 극값

문제

0<a<12\displaystyle 0 < a < \frac{1}{2}일 때, 곡선 y=x2y = x ^{2} 위의 임의의 점P(a,a2)\mathrm{P} \left( a , a ^{2} \right)에서 그은 접선 llxx축의 점A\mathrm{A}에서 만난다. 접선 llxx축에 대하여 대칭이동시킨 직선을 mm이라 하고, 직선 mmyy축과 만나는 점을B\mathrm{B}라 하자. 또, 점A\mathrm{A}를 지나고 접선 ll에 수직인 직선을 nn이라 할 때, 직선 nnyy축과 만나는 점을C\mathrm{C}라 하자. 삼각형ABC\mathrm{ABC}의 넓이를 S(a)S ( a )라 할 때, S(a)S ( a )의 극댓값은? [4점] 3144\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{144}148\displaystyle \frac{1}{48}372\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{72}112\displaystyle \frac{1}{12}36\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{6}

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해설

y=x2y = x ^{2}에서 y=2xy' = 2 x이므로 접선 ll의 방정식은 ya2=2a(xa)y - a ^{2} = 2 a ( x - a )즉, y=2axa2y = 2 ax - a ^{2} 이고 점 A(a2,0)\displaystyle {\mathrm{A}} \left( \frac{a}{2} , 0 \right)이다. 이때, 직선 mm의 방정식은 y=2ax+a2y = - 2 ax + a ^{2} 직선 nn의 방정식은 y=12a(xa2)\displaystyle y = - \frac{1}{2 a} \left( x - \frac{a}{2} \right)=x2a+14\displaystyle = - \frac{x}{2 a} + \frac{1}{4} 이므로 점 B\mathrm{B}(0,a2)\left( 0 , a ^{2} \right), 점 C\mathrm{C}(0,14)\displaystyle \left( 0 , \frac{1}{4} \right)이다. ∴ S(a)S ( a )=12×(14a2)×a2\displaystyle = \frac{1}{2} \times \left( \frac{1}{4} - a ^{2} \right) \times \frac{a}{2}=a(14a2)16\displaystyle = \frac{a ( 1 - 4 a ^{2} )}{16} (∵ 0<a<12\displaystyle 0 < a < \frac{1}{2}) S(a)S' ( a )=112a216=0\displaystyle = \frac{1 - 12 a ^{2}}{16} = 0에서 a=±36\displaystyle a = \pm \frac{\sqrt{3}}{6}이므로 S(a)S ( a )a=36\displaystyle a = - \frac{\sqrt{3}}{6}에서 극솟값을 a=36\displaystyle a = \frac{\sqrt{3}}{6}에서 극댓값을 갖는다. 따라서 구하는 값은 S(36)\displaystyle S \left( \frac{\sqrt{3}}{6} \right)=116×36×(113)\displaystyle = \frac{1}{16} \times \frac{\sqrt{3}}{6} \times \left( 1 - \frac{1}{3} \right) =3144\displaystyle = \frac{\sqrt{3}}{144}

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