기하이차곡선수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

쌍곡선과 수직 초점반지름

문제

두 양수 aa, cc에 대하여 두 점 F(c,0)\mathrm{F} \mathit{\left( c , 0 \right)}, F(c,0)\mathrm{F} \mathit{'} \left( - c , 0 \right)을 초점으로 하는 쌍곡선 x2a2y23=1\displaystyle \frac{x ^{2}}{a ^{2}} - \frac{y ^{2}}{3} = 1이 있다. 두 직선 PF\mathrm{PF}, PF\mathrm{PF} \mathit{'}이 서로 수직이 되도록 하는 이 쌍곡선 위의 점 중 제1\mathrm{1}사분면 위의 점을 P\mathrm{P}, PQ=a3\displaystyle {\overline{\mathrm{PQ}}} = \frac{a}{3}인 선분 PF\mathrm{PF} \mathit{'} 위의 점을 Q\mathrm{Q}라 하자. 직선 QF\mathrm{QF}yy축이 만나는 점을 A\mathrm{A}라 할 때, 점 A\mathrm{A}에서 두 직선 PF\mathrm{PF}, PF\mathrm{PF} \mathit{'}에 내린 수선의 발을 각각 R\mathrm{R}, S\mathrm{S}라 하자. AR=AS\displaystyle {\overline{\mathrm{AR}}} = {\overline{\mathrm{AS}}}일 때, a2a ^{2}의 값은? [4점] 185\displaystyle \frac{18}{5}4\mathrm{4}225\displaystyle \frac{22}{5}245\displaystyle \frac{24}{5}265\displaystyle \frac{26}{5}

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해설

PF=t\displaystyle {\overline{\mathrm{PF}}} = t라 하자. 쌍곡선의 정의에 의하여 PFPF=2a\displaystyle {\overline{\mathrm{PF} \mathit{'}}} - {\overline{\mathrm{PF}}} = 2 a PF=t+2a\displaystyle {\overline{\mathrm{PF} \mathit{'}}} = t + 2 a AF=AF\displaystyle {\overline{\mathrm{AF}}} = {\overline{\mathrm{AF} \mathit{'}}}, AR=AS\displaystyle {\overline{\mathrm{AR}}} = {\overline{\mathrm{AS}}}, ARF=ASF=π2\displaystyle \angle \mathrm{ARF} \mathit{=} \angle \mathrm{ASF} \mathit{'} = \frac{\pi}{2}이므로 두 삼각형 ARF\mathrm{ARF}, ASF\mathrm{ASF} \mathit{'}은 서로 합동이고 RF=SF\displaystyle {\overline{\mathrm{RF}}} = {\overline{\mathrm{SF} \mathit{'}}} AR=AS=k\displaystyle {\overline{\mathrm{AR}}} = {\overline{\mathrm{AS}}} = k라 하면 RF=t+k\displaystyle {\overline{\mathrm{RF}}} = t + k, SF=PFPS=t+2ak\displaystyle {\overline{\mathrm{SF} \mathit{'}}} = {\overline{\mathrm{PF} \mathit{'}}} - {\overline{\mathrm{PS}}} = t + 2 a - k t+k=t+2akt + k = t + 2 a - k k=ak = a PQ=a3\displaystyle {\overline{\mathrm{PQ}}} = \frac{a}{3}이므로 QS=2a3\displaystyle {\overline{\mathrm{QS}}} = \frac{2 a}{3} 두 삼각형 QSA\mathrm{QSA}, QPF\mathrm{QPF}는 서로 닮음이고 닮음비가 2:12 : 1이므로 PF=12AS=a2\displaystyle {\overline{\mathrm{PF}}} = \frac{1}{2} {\overline{\mathrm{AS}}} = \frac{a}{2} PF=PF+2a=52a\displaystyle {\overline{\mathrm{PF} \mathit{'}}} = {\overline{\mathrm{PF}}} + 2 a = \frac{5}{2} a FPF=π2\displaystyle \angle \mathrm{F} \mathit{'} \mathrm{PF} \mathit{=} \frac{\pi}{2}, PF=a2\displaystyle {\overline{\mathrm{PF}}} = \frac{a}{2}, PF=52a\displaystyle {\overline{\mathrm{PF} \mathit{'}}} = \frac{5}{2} a이므로 FF=262a\displaystyle {\overline{\mathrm{FF} \mathit{'}}} = \frac{\sqrt{26}}{2} a \cdots\cdots ㉠ 두 점 F\mathrm{F}, F\mathrm{F} \mathit{'}은 쌍곡선 x2a2y23=1\displaystyle \frac{x ^{2}}{a ^{2}} - \frac{y ^{2}}{3} = 1의 두 초점이므로 FF=2a2+3\displaystyle {\overline{\mathrm{FF} \mathit{'}}} = 2 \sqrt{a ^{2} + 3} \cdots\cdots ㉡ 두 식 ㉠, ㉡에 의하여 26a2=16a2+4826 a ^{2} = 16 a ^{2} + 48 따라서 a2=245\displaystyle a ^{2} = \frac{24}{5}

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