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

외접원과 현

문제

그림과 같이 BC=8\displaystyle {\overline{\mathrm{BC}}} = 8인 삼각형 ABC{\mathrm{ABC}}가 있다. 선분 BC{\mathrm{BC}} 위에 두 점 D{\mathrm{D}}, E{\mathrm{E}}BD=CE=3\displaystyle {\overline{\mathrm{BD}}} = {\overline{\mathrm{CE}}} = 3 이 되도록 잡는다. 삼각형 ABC{\mathrm{ABC}}의 외접원이 두 직선 AD{\mathrm{AD}}, AE{\mathrm{AE}}와 만나는 점 중 A{\mathrm{A}}가 아닌 점을 각각 F{\mathrm{F}}, G{\mathrm{G}}라 하자. 직선 BC{\mathrm{BC}}와 직선 AF{\mathrm{AF}}가 서로 수직이고, AD=5\displaystyle {\overline{\mathrm{AD}}} = \sqrt{5}이다. 삼각형 ABC{\mathrm{ABC}}의 외접원의 반지름의 길이를 RR, 선분 FG{\mathrm{FG}}의 길이를 ll이라 할 때, R×lR \times l의 값은? (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.단, BAC>π2)\displaystyle \angle {\mathrm{BAC}} > \frac{\pi}{2} \begin{matrix} \\ \end{matrix} ) [4점]

352\displaystyle \frac{35}{2}2121492\displaystyle \frac{49}{2}2828632\displaystyle \frac{63}{2}

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해설

DE=BCBDCE\displaystyle \mathrm{\overline{DE}} = {\overline{BC}} - {\overline{BD}} - {\overline{CE}}이므로 DE=833=2\displaystyle \mathrm{\overline{DE}} = 8 - 3 - 3 = 2 직각삼각형 ABD\mathrm{ABD}에서 AB=32+(5)2=14\displaystyle \mathrm{\overline{AB}} = \sqrt{3 ^{2} + \left( \sqrt{5} \right) ^{2}} = \sqrt{14} 직각삼각형 ACD\mathrm{ACD}에서 AC=52+(5)2=30\displaystyle \mathrm{\overline{AC}} = \sqrt{5 ^{2} + \left( \sqrt{5} \right) ^{2}} = \sqrt{30} ACB=α\angle \mathrm{ACB} = \alpha라 하면 sinα=ADAC=530=66\displaystyle \sin \alpha = \frac{\mathrm{\overline{AD}}}{\mathrm{\overline{AC}}} = \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{30}} = \frac{\sqrt{6}}{6} 삼각형 ABC\mathrm{ABC}에서 사인법칙에 의하여 ABsinα=2R\displaystyle \frac{\mathrm{\overline{AB}}}{\sin \alpha} = 2 \mathit{R}, 1466=2R\displaystyle \frac{\sqrt{14}}{\frac{\sqrt{6}}{6}} = 2 R \therefore R=21\displaystyle R = \sqrt{21} 직각삼각형 ADE\mathrm{ADE}에서 AE=22+(5)2=3\displaystyle \mathrm{\overline{AE}} = \sqrt{2 ^{2} + \left( \sqrt{5} \right) ^{2}} = 3 DAE=β\angle \mathrm{DAE} = \beta라 하면 sinβ=23\displaystyle \sin \beta = \frac{2}{3} 삼각형 AFG\mathrm{AFG}에서 사인법칙에 의해 lsinβ=2R\displaystyle \frac{l}{\sin \beta} = 2 R, l=2×21×23=4213\displaystyle l = 2 \times \sqrt{21} \times \frac{2}{3} = \frac{4 \sqrt{21}}{3} \therefore R×l=21×4213=28\displaystyle R \times l = \sqrt{21} \times \frac{4 \sqrt{21}}{3} = 28 [다른 풀이]

DE=BCBDCE\displaystyle \mathrm{\overline{DE}} = {\overline{BC}} - {\overline{BD}} - {\overline{CE}}이므로 DE=833=2\displaystyle \mathrm{\overline{DE}} = 8 - 3 - 3 = 2 이고 직각삼각형 ADE\mathrm{ADE}에서 AE2=AD2+DE2=5+4=9\displaystyle \mathrm{\overline{AE}} ^{2} = {\overline{AD}} ^{2} + {\overline{DE}} ^{2} = 5 + 4 = 9, AE=3\displaystyle \mathrm{\overline{AE}} = 3 이므로 EAD=θ\angle \mathrm{EAD} = \theta라 하면 sinθ=23\displaystyle \sin \theta = \frac{2}{3}, cosθ=53\displaystyle \cos \theta = \frac{\sqrt{5}}{3} 이때 두 현의 교차에 대한 성질에 의하여 CE×BE=AE×EG\displaystyle \mathrm{\overline{CE}} \times {\overline{BE}} = {\overline{AE}} \times {\overline{EG}}, 3×5=3×EG\displaystyle \mathrm{3} \times 5 = 3 \times {\overline{EG}} \thereforeEG=5\displaystyle \mathrm{\overline{EG}} = 5 CD×BD=AD×DF\displaystyle \mathrm{\overline{CD}} \times {\overline{BD}} = {\overline{AD}} \times {\overline{DF}}, 5×3=5×DF\displaystyle \mathrm{5} \times 3 = \sqrt{5} \times {\overline{DF}} \thereforeDF=35\displaystyle \mathrm{\overline{DF}} = 3 \sqrt{5} 삼각형 AFG\mathrm{AFG}에서 코사인법칙에 의하여 l2=82+(45)22×8×45×53=1123\displaystyle l ^{2} = 8 ^{2} + \left( 4 \sqrt{5} \right) ^{2} - 2 \times 8 \times 4 \sqrt{5} \times \frac{\sqrt{5}}{3} = \frac{112}{3} 사인법칙에 의하여 lsinθ=2R\displaystyle \frac{l}{\sin \theta} = 2 R, R=l2sinθ\displaystyle R = \frac{l}{2 \sin \theta} 이므로 R×l=l2sinθ×l\displaystyle R \times l = \frac{l}{2 \sin \theta} \times l=l22sinθ\displaystyle = \frac{l ^{2}}{2 \sin \theta}=11232×23=28\displaystyle = \frac{\frac{112}{3}}{2 \times \frac{2}{3}} = 28

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