기하공간벡터수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

삼각형 지나는 직선

문제

좌표공간에 평면 z=1z = 1 위의 세 점 A(1,1,1)\mathrm{A} ( 1 , - 1 , 1 ), B(1,1,1)\mathrm{B} ( 1 , 1 , 1 ), C(0,0,1)\mathrm{C} ( 0 , 0 , 1 )이 있다. 점 P(2,3,2){\mathrm{P}} ( 2 , 3 , 2 )를 지나고 벡터 d=(a,b,1){\vec{d}} = ( a , b , 1 )과 평행한 직선이 삼각형 ABC\mathrm{ABC}의 둘레 또는 내부를 지날 때, d+3OA2\left| \vec{d} + 3 \vec{\mathrm{OA}} \right| ^{2}의 최솟값을 구하시오. (단, O\mathrm{O}는 원점이고, aa, bb는 실수이다.) [4점]

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해설

점P를 지나고 벡터d\vec{d}에 평행한 직선의 식은 x2a=y3b=z21\displaystyle \frac{x - 2}{a} = \frac{y - 3}{b} = \frac{z - 2}{1} z=1z = 1 대입하면 (x,y,1)=(a+2,b+3,1)( x , y , 1 ) = ( - a + 2 , - b + 3 , 1 ) z=1z = 1인 평면내에서 (x,y)( x , y )(1,1),(1,1),(0,0)( 1 , - 1 ) , ( 1 , 1 ) , ( 0 , 0 )의 둘레 또는 내부에 있으려면 0x1:0a+210 \leq x \leq 1 : 0 \leq - a + 2 \leq 1 \cdots \text{①} $y \leq x : - b + 3 \leq - a + 2 \cdots \text{ ②}$ $y \geq - x : - b + 3 \geq a - 2 \cdots \text{ ③}$ 에서 ①, ②, ③을 만족해야 하고, 그 영역은 (a,b)( a , b )(1,2),(1,4),(2,3)( 1 , 2 ) , ( 1 , 4 ) , ( 2 , 3 )로 이루어지는 삼각형의 둘레 또는 내부에 있을 경우이다. d+3OA2\left| \vec{d} + 3 \vec{\mathrm{OA}} \right| ^{2}=a+3,b3,42=(a+3)2+(b3)2+16= \left| a + 3 , b - 3 , 4 \right| ^{2} = ( a + 3 ) ^{2} + ( b - 3 ) ^{2} + 16 에서 준식의 최솟값은 a=1,b=3a = 1 , b = 3일 때 32이다.

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