길이가 10인 선분 AB를 지름으로 하는 원과 선분 AB 위에 AC=4인 점 C가 있다. 이 원 위의 점 P를 ∠PCB=θ가 되도록 잡고, 점 P를 지나고 선분 AB에 수직인 직선이 이 원과 만나는 점 중 P가 아닌 점을 Q라 하자. 삼각형 PCQ의 넓이를 S(θ)라 할 때, −7×S′(4π)의 값을 구하시오. (단, 0<θ<2π) [4점]
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해설
원의 중심을 O, 선분 AB와 선분 PQ의 교점을 H, CP=x라고 하면 OC=1, OP=5이므로 코사인법칙에 의하여
25=x2+1−2xcosθ, (x−cosθ)2=24+cos2θx=cosθ+24+cos2θ(∵x>0)
CP=CQ=x, ∠PCQ=2θ이므로 삼각형 PCQ의 넓이 S(θ)는
S(θ)=21×(cosθ+24+cos2θ)2sin2θ=(cosθ+24+cos2θ)22sin2θS′(θ)=2(cosθ+24+cos2θ)(−sinθ−24+cos2θsinθcosθ)×2sin2θ+(cosθ+24+cos2θ)2cos2θ∴−7×S′(4π)=−7×(22+24+21)−22−24+2121=−7×42×(−742)=32