공통수학2평면좌표수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

원 위 점과 중선 길이 곱 최댓값

문제

그림과 같이 길이가 aa인 선분 AB\mathrm{AB}를 지름으로 하는 원 위를 움직이는 점 P\mathrm{P}가 있다. 선분 PA\mathrm{PA}와 선분 PB\mathrm{PB}의 중점을 각각 M\mathrm{M}N\mathrm{N}이라고 하면, PA2+PB2=(가)\displaystyle \mathrm{\overline{PA}} ^{2} + \mathrm{\overline{PB}} ^{2} = \square {\text{(가)}}이다. 따라서 AN2+BM2=(나)\displaystyle \mathrm{\overline{AN}} ^{2} + \mathrm{\overline{BM}} ^{2} = \square {\text{(나)}}이므로 ANBM\displaystyle \mathrm{\overline{AN}} \bullet \overline{BM}의 최댓값은 (다)\square {\text{(다)}}이다. 위의 (가), (나), (다)에 알맞은 것은? [3점]

(가) (나) (다) a2a ^{2} 54a2\displaystyle \frac{5}{4} a ^{2} 52a2\displaystyle \frac{\sqrt{5}}{2} a ^{2}a2a ^{2} 54a2\displaystyle \frac{5}{4} a ^{2} 58a2\displaystyle \frac{5}{8} a ^{2}a2a ^{2} 32a2\displaystyle \frac{3}{2} a ^{2} 34a2\displaystyle \frac{3}{4} a ^{2}2a22 a ^{2} 32a2\displaystyle \frac{3}{2} a ^{2} 52a2\displaystyle \frac{\sqrt{5}}{2} a ^{2}2a22 a ^{2} 54a2\displaystyle \frac{5}{4} a ^{2} 58a2\displaystyle \frac{5}{8} a ^{2}

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해설

AB\displaystyle \mathrm{\overline{AB}}가 지름이므로 P=90\mathrm{\angle} P = 90 ^\circ이다. PA2+PB2=a2\displaystyle \therefore \overline{\mathrm{PA}} ^{2} + \overline{\mathrm{PB}} ^{2} = a ^{2} APN\mathrm{\triangle} APN에서 PA2+PN2\displaystyle \mathrm{\overline{PA}} ^{2} + \mathrm{\overline{PN}} ^{2}=PA2+(12PB)2=AN2\displaystyle = \mathrm{\overline{PA}} ^{2} + \left( \frac{1}{2} \mathrm{\overline{PB}} \right) ^{2} = \mathrm{\overline{AN}} ^{2} BPM\mathrm{\triangle} BPM에서 PB2+PM2\displaystyle \mathrm{\overline{PB}} ^{2} + \mathrm{\overline{PM}} ^{2}=PB2+(12PA)2=BM2\displaystyle = \mathrm{\overline{PB}} ^{2} + \left( \frac{1}{2} \mathrm{\overline{PA}} \right) ^{2} = \mathrm{\overline{BM}} ^{2}

따라서, AN2+BM2\displaystyle \mathrm{\overline{AN}} ^{2} + \mathrm{\overline{BM}} ^{2}=PA2+PB2+14(PA2+PB2)=54a2\displaystyle = \overline{\mathrm{PA}} ^{2} + \overline{\mathrm{PB}} ^{2} + \frac{1}{4} \left( \overline{\mathrm{PA}} ^{2} + \overline{\mathrm{PB}} ^{2} \right) = \frac{5}{4} a ^{2} 에서 AN2+BM22ANBM\displaystyle \mathrm{\overline{AN}} ^{2} + \mathrm{\overline{BM}} ^{2} \geq 2 \overline{AN} \cdot \overline{BM}이므로 ANBM\displaystyle \mathrm{\overline{AN}} \bullet \overline{BM}의 최댓값은 58a2\displaystyle \frac{5}{8} a ^{2}이다.

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