그림과 같이 중심이 O이고, 반지름의 길이가 1인 원이 있다.
원의 중심으로부터 거리가 2인 점 A에서 원과 서로 다른 두 점에서 각각 만나도록 그은 두 직선이 이루는 각의 크기가 6π로 일정하다. 원의 중심 O에서 두 직선까지의 거리를 각각 l, m이라 할 때, 2l2+m2의 최솟값은 p+q7이다. 30(p+q)의 값을 구하시오. (단, p, q는 유리수이다.) [4점]
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120
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해설
[출제의도] 삼각함수의 합성을 활용하여 문제해결하기 점 O에서 두 직선에 내린 수선의 발을 각각 P, Q라 하자.
∠OAP=θ(0<θ<6π)라 하면 ∠OAQ=6π−θl=2sinθ, m=2sin(6π−θ)=cosθ−3sinθ
2l2+m2=8sin2θ+(cosθ−3sinθ)2=8sin2θ+cos2θ−23sinθcosθ+3sin2θ=1+10sin2θ−3sin2θ=6−5cos2θ−3sin2θ=6−27sin(2θ+α)(단, sinα=1457, cosα=1421)tanα=353∴3π<α<2π0<θ<6π이고 α<2θ+α<3π+α이므로
2θ+α=2π일 때 sin(2θ+α)=12l2+m2의 최솟값은 6−27이므로 p=6, q=−2
따라서 30(p+q)=120