그림과 같이 반지름의 길이가 R(5<R<55)인 원에 내접하는 사각형 ABCD가 다음 조건을 만족시킨다.
(가) AB=AD이고 AC=10이다.
(나) 사각형 ABCD의 넓이는 40이다.
다음은 선분 BD의 길이와 R의 비를 구하는 과정이다.
AB=AD=k라 할 때 두 삼각형 ABC, ACD에서 각각 코사인법칙에 의하여
cos(∠ACB)=201(BC+BC□(가)),
cos(∠DCA)=201(CD+CD□(가))
이다.
이때 두 호 AB, AD에 대한 원주각의 크기가 같으므로
cos(∠ACB)=cos(∠DCA)이다.
사각형 ABCD의 넓이는 두 삼각형 ABD, BCD의 넓이의 합과 같으므로
21k2sin(∠BAD)+21×BC×CD×sin(π−∠BAD)=40
에서 sin(∠BAD)=□(나)이다.
따라서 삼각형 ABD에서 사인법칙에 의하여
BD:R=□(다):1이다.
위의 (가)에 알맞은 식을 f(k)라 하고, (나), (다)에 알맞은 수를 각각 p, q라 할 때, qf(10p)의 값은? [4점]
①225②15③235④20⑤245
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⑤
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해설
[출제의도] 삼각함수를 이용하여 추론하기
AB=AD=k라 할 때 두 삼각형 ABC, ACD에서 각각 코사인법칙에 의하여
cos(∠ACB)=2×10×BC102+BC2−k2=201(BC+BC□100−k2),
cos(∠DCA)=2×10×CD102+CD2−k2=201(CD+CD□100−k2)
이다.
이때 두 호 AB, AD에 대한 원주각의 크기가 같으므로
cos(∠ACB)=cos(∠DCA)이다.
201(BC+BC100−k2)=201(CD+CD100−k2)BC−CD=(100−k2)×(CD1−BC1)BC−CD=(100−k2)×(BC×CDBC−CD)AC=10<2R이므로 BC=CD
그러므로 BC×CD=100−k2
사각형 ABCD의 넓이는 두 삼각형 ABD, BCD의 넓이의 합과 같으므로
21k2sin(∠BAD)+21×BC×CD×sin(π−∠BAD)=21{k2+(100−k2)}sin(∠BAD)=50sin(∠BAD)=40
에서 sin(∠BAD)=□54이다.
따라서 삼각형 ABD에서 사인법칙에 의하여
sin(∠BAD)BD=2R에서 BD=58R이므로
BD:R=□58:1
따라서 f(k)=100−k2, p=54, q=58이므로
qf(10p)=(100−82)×85=245