기하평면벡터수능 기출기본 문제 (3점 중반)

내분점·외분점 벡터

문제

좌표평면 위의 서로 다른 두 점 A{\mathrm{A}}, B{\mathrm{B}}의 위치벡터를 각각 a{\vec{a}}, b{\vec{b}}라 하고, 선분 AB{\mathrm{AB}}2:12 : 1로 내분하는 점 P{\mathrm{P}}와 선분 AB{\mathrm{AB}}1:41 : 4로 외분하는 점 Q{\mathrm{Q}}의 위치벡터를 각각 p{\vec{p}}, q{\vec{q}}라 하자. p+q=ma+nb{\vec{p}} + {\vec{q}} = m {\vec{a}} + n {\vec{b}}를 만족시키는 두 실수 mm, nn에 대하여 mnm - n의 값은? (단, 두 벡터 a{\vec{a}}, b{\vec{b}}는 서로 평행하지 않고, 영벡터가 아니다.) [3점] 13\displaystyle \frac{1}{3}23\displaystyle \frac{2}{3}1143\displaystyle \frac{4}{3}53\displaystyle \frac{5}{3}

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해설

P{\mathrm{P}}는 선분 AB{\mathrm{AB}}2:12 : 1로 내분하는 점이므로 점 P{\mathrm{P}}의 위치벡터 p{\vec{p}}p=a+2b2+1=a+2b3\displaystyle {\vec{p}} = \frac{{\vec{a}} + 2 {\vec{b}}}{2 + 1} = \frac{{\vec{a}} + 2 {\vec{b}}}{3}Q{\mathrm{Q}}는 선분 AB{\mathrm{AB}}1:41 : 4로 외분하는 점이므로 점 Q{\mathrm{Q}}의 위치벡터 q{\vec{q}}q=b4a14=4a+b3=4ab3\displaystyle {\vec{q}} = \frac{{\vec{b}} - 4 {\vec{a}}}{1 - 4} = \frac{- 4 {\vec{a}} + {\vec{b}}}{- 3} = \frac{4 {\vec{a}} - {\vec{b}}}{3} 따라서 p+q{\vec{p}} + {\vec{q}}p+q{\vec{p}} + {\vec{q}}=a+2b3+4ab3\displaystyle = \frac{{\vec{a}} + 2 {\vec{b}}}{3} + \frac{4 {\vec{a}} - {\vec{b}}}{3}=5a+b3\displaystyle = \frac{5 {\vec{a}} + {\vec{b}}}{3}=53a+13b\displaystyle = \frac{5}{3} {\vec{a}} + \frac{1}{3} {\vec{b}} 두 벡터 a{\vec{a}}, b{\vec{b}}는 서로 평행하지 않고 영벡터가 아니므로 m=53\displaystyle m = \frac{5}{3}, n=13\displaystyle n = \frac{1}{3} \therefore mnm - n=43\displaystyle = \frac{4}{3}

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