기하평면벡터수능 기출기본 문제 (3점 중반)

수선의 교점과 내적

문제

그림과 같이 AB=9\displaystyle \overline{{\mathrm{AB}}} = 9, BC=8\displaystyle \overline{{\mathrm{BC}}} = 8, CA=7\displaystyle \overline{{\mathrm{CA}}} = 7인 삼각형 ABC\mathrm{ABC}가 있다. 점 C\mathrm{C}에서 선분 AB\mathrm{AB}에 내린 수선의 발을 P\mathrm{P}, 점 B\mathrm{B}에서 선분 AC\mathrm{AC}에 내린 수선의 발을 Q\mathrm{Q}라 하자. 두 선분 CP{\mathrm{CP}}, BQ{\mathrm{BQ}}의 교점을 R\mathrm{R}이라 할 때, AR(AB+AC){\vec{{\mathrm{AR}}}} \bullet ( {\vec{{\mathrm{AB}}}} + {\vec{{\mathrm{AC}}}} )의 값은? [3점]

62\mathrm{62}64\mathrm{64}66\mathrm{66}68\mathrm{68}70\mathrm{70}

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해설

삼각형 ABC\mathrm{ABC}에서 코사인법칙에 의해 cosA=92+72822×9×7=66126=1121\displaystyle \cos A = \frac{9 ^{2} + 7 ^{2} - 8 ^{2}}{2 \times 9 \times 7} = \frac{66}{126} = \frac{11}{21} 따라서 AP=7×1121=113\displaystyle \mathrm{\overline{AP}} = 7 \times \frac{11}{21} = \frac{11}{3}이고 AQ=9×1121=337\displaystyle \mathrm{\overline{AQ}} = 9 \times \frac{11}{21} = \frac{33}{7}이다. AR(AB+AC){\vec{\mathrm{AR}}} \bullet \left( {\vec{\mathrm{AB}}} + {\vec{\mathrm{AC}}} \right)=ARAB+ARAC= {\vec{\mathrm{AR}}} \bullet {\vec{\mathrm{AB}}} + {\vec{\mathrm{AR}}} \bullet {\vec{\mathrm{AC}}} =AP×AB+AQ×AC= \mathrm{\left| {\vec{AP}} \right|} \times \left| {\vec{AB}} \right| + \left| {\vec{AQ}} \right| \times \left| {\vec{AC}} \right| =113×9+337×7\displaystyle = \frac{11}{3} \times 9 + \frac{33}{7} \times 7 =33+33=66= 33 + 33 = 66 [다른 풀이] 삼각형 ABC\mathrm{ABC}에서 BC2\left| \mathrm{\vec{BC}} \right| ^{2}=ACAB2= \left| \mathrm{\vec{AC}} - \vec{AB} \right| ^{2} =AC22ABAC+AB2= \left| \mathrm{\vec{AC}} \right| ^{2} - 2 \vec{AB} \bullet \vec{AC} + \left| \vec{AB} \right| ^{2} AB=9\left| \mathrm{\vec{AB}} \right| = 9, AC=7\left| \mathrm{\vec{AC}} \right| = 7, BC=8\left| \mathrm{\vec{BC}} \right| = 8이므로 82=722ABAC+928 ^{2} = 7 ^{2} - 2 \mathrm{\vec{AB}} \bullet \vec{AC} + 9 ^{2} \therefore ABAC=33\mathrm{\vec{AB}} \bullet \vec{AC} = 33 AR(AB+AC)=ARAB+ARAC\mathrm{\vec{AR}} \bullet \left( \vec{AB} + \vec{AC} \right) = \vec{AR} \bullet \vec{AB} + \vec{AR} \bullet \vec{AC}에서 ARAB\mathrm{\vec{AR}} \bullet \vec{AB}=(AC+CR)AB\mathrm{=} \left( \vec{AC} + \vec{CR} \right) \bullet \vec{AB} =ABAC+ABCR= \mathrm{\vec{AB}} \bullet \vec{AC} + \vec{AB} \bullet \vec{CR} =ABAC= \mathrm{\vec{AB}} \bullet \vec{AC} (\because ABCR\mathrm{\vec{AB}} \perp \vec{CR}) ARAC\mathrm{\vec{AR}} \bullet \vec{AC}=(AB+BR)AC= \left( \mathrm{\vec{AB}} + \vec{BR} \right) \bullet \vec{AC} =ABAC+ACBR= \mathrm{\vec{AB}} \bullet \vec{AC} + \vec{AC} \bullet \vec{BR} =ABAC= \mathrm{\vec{AB}} \bullet \vec{AC} (\because ACBR\mathrm{\vec{AC}} \perp \vec{BR}) \therefore AR(AB+AC)=2ABAC=66\mathrm{\vec{AR}} \bullet \left( \vec{AB} + \vec{AC} \right) = 2 \vec{AB} \bullet \vec{AC} = 66

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