공통수학1다항식의 연산수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

직육면체 곱셈공식

문제

그림과 같이 직육면체 ABCDEFGH{\mathrm{ABCD}} \mathit{-} {\mathrm{EFGH}}에서 단면 AFC{\mathrm{AFC}}가 생기도록 사면체 FABC{\mathrm{F}} \mathit{-} {\mathrm{ABC}}를 잘라내었다. 입체도형 ACDEFGH{\mathrm{ACD}} \mathit{-} {\mathrm{EFGH}}의 모든 모서리의 길이의 합을 l1l _{1}, 겉넓이를 S1S _{1}이라 하고, 사면체 FABC{\mathrm{F}} \mathit{-} {\mathrm{ABC}}의 모든 모서리의 길이의 합을 l2l _{2}, 겉넓이를 S2S _{2}라 하자. l1l2=28l _{1} - l _{2} = 28, S1S2=61S _{1} - S _{2} = 61일 때, AC2+CF2+FA2\displaystyle {\overline{\mathrm{AC}}} ^{2} + {\overline{\mathrm{CF}}} ^{2} + {\overline{\mathrm{FA}}} ^{2}의 값을 구하시오. [4점]

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148

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해설

[출제의도] 다항식의 곱셈공식을 활용하여 문제해결하기 AB=x\displaystyle \overline{{\mathrm{AB}}} = x, AD=y\displaystyle \overline{{\mathrm{AD}}} = y, AE=z\displaystyle \overline{{\mathrm{AE}}} = z라 하면 l1=3x+3y+3z+AC+CF+FA\displaystyle l _{1} = 3 x + 3 y + 3 z + \overline{{\mathrm{AC}}} + \overline{{\mathrm{CF}}} + \overline{{\mathrm{FA}}} l2=x+y+z+AC+CF+FA\displaystyle l _{2} = x + y + z + \overline{{\mathrm{AC}}} + \overline{{\mathrm{CF}}} + \overline{{\mathrm{FA}}} 이므로 l1l2=2x+2y+2z=28l _{1} - l _{2} = 2 x + 2 y + 2 z = 28에서 x+y+z=14x + y + z = 14 S1=xy+yz+zx+12xy+12yz+12zx\displaystyle S _{1} = x y + y z + z x + \frac{1}{2} x y + \frac{1}{2} y z + \frac{1}{2} z x ++ (삼각형 AFC{\mathrm{AFC}}의 넓이) S2=12xy+12yz+12zx+(\displaystyle S _{2} = \frac{1}{2} x y + \frac{1}{2} y z + \frac{1}{2} z x + (삼각형 AFC{\mathrm{AFC}}의 넓이)) 이므로 S1S2=xy+yz+zx=61S _{1} - S _{2} = x y + y z + z x = 61 AC2+CF2+FA2\displaystyle {\overline{\mathrm{AC}}} ^{2} + {\overline{\mathrm{CF}}} ^{2} + {\overline{\mathrm{FA}}} ^{2}=(x2+y2)+(y2+z2)+(z2+x2)= \left( x ^{2} + y ^{2} \right) + \left( y ^{2} + z ^{2} \right) + \left( z ^{2} + x ^{2} \right) =2(x2+y2+z2)= 2 \left( x ^{2} + y ^{2} + z ^{2} \right)=2{(x+y+z)22(xy+yz+zx)= 2 \left\{ ( x + y + z ) ^{2} - 2 ( x y + y z + z x ) \right. =2×(1422×61)=148= 2 \times \left( 14 ^{2} - 2 \times 61 \right) = 148

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