공통수학2원의 방정식수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

세 원 포함 원

문제

좌표평면 위의 점 (x,y)( x , y )를 원소로 하는 집합 AA, BB, CC, DDA={(x,y)x2+y2=1}A = \left\{ ( x , y ) | x ^{2} + y ^{2} = 1 \right\} B={(x,y)(x3)2+y2=1}B = \left\{ ( x , y ) | ( x - 3 ) ^{2} + y ^{2} = 1 \right\} C={(x,y)x2+(y4)2=1}C = \left\{ ( x , y ) | x ^{2} + ( y - 4 ) ^{2} = 1 \right\} D={(x,y)(xa)2+(yb)2k}D = \left\{ ( x , y ) | ( x - a ) ^{2} + ( y - b ) ^{2} \leq k \right\} 이다. (ABC)D( A \cup B \cup C ) \subset D를 만족시키도록 실수 aa, bb, kk의 값을 정할 때, kk의 최솟값은? [4점] 454\displaystyle \frac{45}{4}232\displaystyle \frac{23}{2}474\displaystyle \frac{47}{4}1212494\displaystyle \frac{49}{4}

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해설

[출제의도] 부등식의 영역을 이용하여 원의 반지름의 최솟값을 추론한다.

집합 AA, BB, CC가 나타내는 원의 중심의 좌표를 각각 O(0,0)\mathrm{O} ( 0 , 0 ), P(3,0)\mathrm{P} ( 3 , 0 ), Q(0,4)\mathrm{Q} ( 0 , 4 )라 하자. 집합 DD를 좌표평면에 나타내면 반지름의 길이가 k\displaystyle \sqrt{k}인 원과 그 내부이므로 삼각형 OPQ\mathrm{OPQ}의 외접원의 반지름의 길이를 rr라 하면 (ABC)D( A \cup B \cup C ) \subset D에서 kr+1\displaystyle \sqrt{k} \geq r + 1 이때 삼각형 OPQ\mathrm{OPQ}는 직각삼각형이므로 r=r =12×PQ=52\displaystyle \frac{1}{2} \times {\overline{\mathrm{PQ}}} = \frac{5}{2} k(r+1)2=(52+1)2=494\displaystyle k \geq ( r + 1 ) ^{2} = \left( \frac{5}{2} + 1 \right) ^{2} = \frac{49}{4} 따라서 kk의 최솟값은 494\displaystyle \frac{49}{4}이다.

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