공통수학2원의 방정식수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

원의 접선과 넓이 빈칸

문제

좌표평면 위의 세 점 O(0,0)\mathrm{O} ( 0 , 0 ), A(6,8)\mathrm{A} ( 6 , - 8 ), B(7,1)\mathrm{B} ( 7 , - 1 )을 지나는 원 CC에 대하여 원 CC 위의 점 O\mathrm{\mathrm{O}}에서의 접선을 l1l _{1}이라 하자. 두 삼각형 OAB\mathrm{OAB}OPB\mathrm{OPB}의 넓이가 같게 되는 직선 l1l _{1} 위의 점을 P\mathrm{P}, 점 P\mathrm{P}에서 xx축에 내린 수선의 발을 Q\mathrm{Q}라 할 때, 다음은 선분 QO\mathrm{QO}의 길이를 구하는 과정이다. (단, 점 P\mathrm{P}는 제33사분면 위의 점이다.) 그림과 같이 세 점 O\mathrm{O}, A\mathrm{A}, B\mathrm{B}를 지나는 원 CC의 방정식은 (x3)2+(y+4)2=25\left( x - 3 \right) ^{2} + \left( y + 4 \right) ^{2} = 25이므로 선분 OA\mathrm{OA}는 원 CC의 지름이다. 직선 l1l _{1}은 직선 OA\mathrm{OA}와 수직이고 점 O\mathrm{O}를 지나므로 직선 l1l _{1}의 방정식은 y=()y = {\square {( \text{가} )}}이다. 점 A\mathrm{A}를 지나고 직선 OB\mathrm{OB}와 평행한 직선을 l2l _{2}라 하면, 두 직선 l1l _{1}, l2l _{2}가 만나는 점이 두 삼각형 OAB\mathrm{OAB}OPB\mathrm{OPB}의 넓이가 같게 되는 점 P\mathrm{P}이다.

직선 l2l _{2}의 방정식은 y=()y = {\square {( \text{나} )}}이다. 점 P\mathrm{P}는 두 직선 l1l _{1}, l2l _{2}가 만나는 점이므로 점 P\mathrm{P}xx좌표는 (){\square {( \text{다} )}}이다. 따라서 선분 QO\mathrm{QO}의 길이는 ()\left| {\square {( \text{다} )}} \right|이다.

위의 (가), (나)에 알맞은 식을 각각 f(x)f ( x ), g(x)g ( x )라 하고, (다)에 알맞은 수를 kk라 할 때, f(2k)+g(1)f ( 2 k ) + g ( - 1 )의 값은? [4점] 20- 2019- 1918- 1817- 1716- 16

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해설

그림과 같이 세 점 O\mathrm{O}, A\mathrm{A}, B\mathrm{B}를 지나는 원 CC의 방정식은 (x3)2+(y+4)2=25\left( x - 3 \right) ^{2} + \left( y + 4 \right) ^{2} = 25이므로 선분 OA\mathrm{OA}는 원 CC의 지름이다. 직선 l1l _{1}은 직선 OA\mathrm{OA}와 수직이고 점 O\mathrm{O}를 지나므로 직선 l1l _{1}의 방정식은 y=34x\displaystyle y = {\square {\frac{3}{4} x}}이다. 점 A\mathrm{A}를 지나고 직선 OB\mathrm{OB}와 평행한 직선을 l2l _{2}라 하면, 두 직선 l1l _{1}, l2l _{2}가 만나는 점이 두 삼각형 OAB\mathrm{OAB}OPB\mathrm{OPB}의 넓이가 같게 되는 점 P\mathrm{P}이다.

직선 l2l _{2}의 기울기와 직선 OB\mathrm{OB}의 기울기는 같고, 직선 l2l _{2}는 점 A\mathrm{A}를 지나므로 y(8)=17(x6)\displaystyle y - ( - 8 ) = - \frac{1}{7} ( x - 6 ) 즉, 직선 l2l _{2}의 방정식은 y=17x507\displaystyle y = {\square {- \frac{1}{7} x - \frac{50}{7}}}이다. 점 P\mathrm{P}는 두 직선 l1l _{1}, l2l _{2}가 만나는 점이므로 점 P\mathrm{P}xx좌표는 방정식 17x507=34x\displaystyle - \frac{1}{7} x - \frac{50}{7} = \frac{3}{4} x의 근이다. 즉, 점 P\mathrm{P}xx좌표는 8{\square {- 8}}이다. 따라서 선분 QO\mathrm{QO}의 길이는 8\left| {\square {- 8}} \right|이다. 따라서 f(x)=34x\displaystyle f ( x ) = \frac{3}{4} x, g(x)=17x507\displaystyle g ( x ) = - \frac{1}{7} x - \frac{50}{7} k=8k = - 8이므로 f(2k)+g(1)=19f ( 2 k ) + g ( - 1 ) = - 19

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