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개념편 164쪽

2. 구의 방정식

중심이 C(a, b, c)이고, 반지름의 길이가 r인 구의 방정식은

(x-a)¤ +(y-b)¤ +(z-c)¤ =r¤

중심이 원점이고, 반지름의 길이가 r인 구의 방 정식은

x¤ +y¤ +z¤ =r¤

구의 방정식의 표준형 1. 구의 정의

공간에서 한 정점 C로부 터 일정한 거리에 있는 점 전체의 집합을 구라 한다.

이때 정점 C를 구의 중심,

일정한 거리를 구의 반지름의 길이라 한다.

다음 방정식이 나타내는 구의 중심의 좌표와 반지름의 길이를 구하여라.

⑴ x¤ +(y+1)¤ +(z-2)¤ =1

⑵ (x+2)¤ +(y+4)¤ +(z-3)¤ =16

0 1

Check

개념

다음 구의 방정식을 구하여라.

⑴ 중심이 C(2, 1, -2)이고, 반지름의 길이가 2인 구

0 2

중요

3. 이차방정식 x¤ +y¤ +z¤ +Ax+By+Cz+D=0이 나타내는 도형

x, y, z에 대한 이차방정식

x¤ +y¤ +z¤ +Ax+By+Cz+D=0 y㉠ 에서 A¤ +B¤ +C¤ -4D>0이면 방정식 ㉠`은

중심의 좌표Δ {- , - , - }

반지름의 길이 Δ

인 구를 나타낸다.

"√A¤ +B¤ +C¤ -4D 2

C 2 B

2 A

2

4. 좌표평면에 접하는 구의 방정식

⑴ xy평면에 접하는 구의 방정식 구의 방정식의 일반형은

x¤ +y¤ +z¤ +Ax+By+Cz+D=0 (단, A¤ +B¤ +C¤ -4D>0)

⑵ yz평면에 접하는 구의 방정식

yz평면 C(a, b, c) |a|

(반지름의 길이)=|중심의 x좌표|=|a|

Δ (x-a)¤ +(y-b)¤ +(z-c)¤ =a¤

⑶ zx평면에 접하는 구의 방정식

|b|

zx평면 C(a, b, c)

(반지름의 길이)=|중심의 y좌표|=|b|

Δ (x-a)¤ +(y-b)¤ +(z-c)¤ =b¤

중심 C

반지름의 길이

2 공간좌표121

정답과 해설 153쪽

중심이 C(3, 1, -2)이고, 다음을 만족하는 구의 방 정식을 구하여라.

⑴ xy평면에 접하는 구

⑵ yz평면에 접하는 구

⑶ zx평면에 접하는 구

0 4

구의 방정식 ①

Training

유형

구 x¤ +y¤ +z¤ -12x-14y-16z-20=0 위의 점 (3, 3, -4)를 한 끝점으로 하는 지름의 다른 한 끝 점의 좌표를 구하여라.

1 4

중심이 C(1, -2, 3)이고, 점 A(2, 5, 2)를 지 나는 구의 방정식을 구하여라.

1 1

두 점 A(-1, 2, -1), B(2, 5, -4)에 대하여 선분 AB를 2 : 1로 내분하는 점과 외분하는 점을 지름의 양 끝점으로 하는 구의 반지름의 길이는?

① 2'2 ② 2'3 ③ 4

④ 2'5 ⑤ 2'6

1 2

다음 방정식이 나타내는 구의 중심의 좌표와 반지름의 길이를 구하여라.

⑴ x¤ +y¤ +z¤ -2y+2z+1=0

⑵ x¤ +y¤ +z¤ +2x-2y+4z-3=0

0 3

방정식 x¤ +y¤ +z¤ +2x-4y-6z+d=0이 나타 내는 구의 중심의 좌표가 (a, b, c), 반지름의 길이 가 5일 때, 상수 a, b, c, d의 합 a+b+c+d의 값을 구하여라.

1 3

구의 방정식 ②–좌표축 또는 좌표평면에 접하는 경우

점 A(-2, 3, 1)을 지나고, xy평면, yz평면, zx 평면에 모두 접하는 구는 2개 있다. 이 두 구의 반 지름의 길이의 합은?

① 3 ② 4 ③ 5

④ 6 ⑤ 7

1 6

두 점 A(1, 1, 1), B(1, 1, 3)을 지나고, yz평면 과 zx평면에 동시에 접하는 구는 2개 있다. 이 두 구의 겉넓이의 합은?

① 38p ② 40p ③ 42p

④ 44p ⑤ 46p

1 7

1 8

중심의 좌표가 모두 양수이고, 반지름의 길이가 2 인 구가 x축, y축, z축에 모두 접할 때, 원점과 구 의 중심 사이의 거리는?

① '2 ② '3 ③ 2

④ '5 ⑤ '6

1 9

반지름의 길이가 3이고, 점 A(1, 3, 3)을 지나며 x축과 yz평면에 동시에 접하는 구가 있다. 이 구의 중심의 좌표를 (a, b, c)라 할 때, a+b+c의 값 을 구하여라.

구 x¤ +y¤ +z¤ -2ax-6y+2z+b=0이 zx평면 과 yz평면에 동시에 접할 때, 상수 a, b에 대하여 a+b의 값은? (단, a>0)

① 13 ② 14 ③ 15

④ 16 ⑤ 17

1 5

구의 방정식 ③–네 점이 주어진 경우

네 점 (0, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 2, 2), (-4, 0, 3)을 지나는 구의 방정식을 구하여라.

10

2 공간좌표123

정답과 해설 154쪽

15

두 점 P(0, 0, 5), Q(a, b, 4)를 지나는 직선과 구 (x-1)¤ +(y-2)¤ +(z-3)¤ =4에 대하여 직 선과 구의 xy평면 위로의 정사영이 서로 접할 때,

의 값은? (단, b+0)

① -2 ② - ③ -1

④ - ⑤ -2

3 3

4

3 2 a

b 자취의 방정식`

두 점 A(4, 0, 0), B(-4, 0, 0)에서의 거리의 비가 3 : 1인 점 P의 자취의 방정식을 구하여라.

12

14

두 점 A(2, 1, 0), B(6, 5, 4)에 대하여

∠APB=90˘인 점 P의 자취의 방정식을 구하여라.

점 A(0, 6, -2)와 구 (x-2)¤ +(y-1)¤ +z¤ =4 위의 점 B에 대하여 선분 AB의 중점이 그리는 자 취의 넓이를 S라 할 때, S의 값을 구하여라.

p

13

11

다음 그림과 같은 사면체에 대하여 OA”=2, OB”=3, OC”=4이고, ∠AOB=∠BOC=∠COA=90˘

일 때, 네 점 O, A, B, C를 지나는 구의 반지름의 길이를 구하여라.

A 4

2 3 B

C

O

Level up

16

반구 x¤ +(y-3)¤ +(z-4)¤ =4 (xæ0)와 z축을 포함하는 평면 a가 접할 때, 평면 a와 yz평면이 이루는 각의 크기를 h라 하자. 이때 cos h의 값을 구하여라. {단, 0<h< }

p 2

08

구와 평면의 위치 관계

1. 두 구의 위치 관계

두 구 O, O'의 반지름의 길이를 각각 r, r'(r>r'), 중심거리를 d라 하면 두 구의 위치 관계에 따른 r, r', d 사이의 관계식은 다음과 같다.

개념편 169쪽

두 구

(x-1)¤ +(y-4)¤ +z¤ =16 x¤ +y¤ +z¤ -6x+8z+a=0

의 위치 관계가 다음과 같을 때, 상수 a의 값 또는 a의 값의 범위를 구하여라.

⑴ 두 구가 서로 외접할 때

⑵ 두 구가 서로 내접할 때

⑶ 한 구가 다른 구의 외부에 있을 때

⑷ 한 구가 다른 구의 내부에 있을 때

⑸ 두 구의 교선이 원이 되게 만날 때

0 1

Check

개념

구 (x-1)¤ +(y+3)¤ +(z-2)¤ =16과 다음 평면이 만나서 생기는 교선의 방정식을 구하여라.

⑴ xy평면

⑵ yz평면

⑶ zx평면

0 2

2. 구와 좌표평면이 만날 때 생기는 교선 구와 좌표평면이 만날 때 생기 는 교선은 오른쪽 그림과 같 이 원이다.

구 (x-a)¤ +(y-b)¤ +(z-c)¤ =r¤ 과 xy평면, yz평면, zx평면과의 각각의 교선인 원의 방정식은 다음과 같다.

교선

한 구가 다른 구의

외부에 있다.

외접한다.

교선이 원이 되게 만난다.

내접한다.

한 구가 다른 구의 내부에 있다.

r+r'<d O r' O'

d r

r+r'=d O r r' O'

d

r-r'<d<r+r' r'

O O'

d r

r-r'=d O r

d r' O'

r-r'>d dOO' r'

r

2 공간좌표125

정답과 해설 157쪽

두 구의 위치 관계

Training

유형

두 구

(x+1)¤ +(y+2)¤ +(z+3)¤ =a+16 (x+1)¤ +(y-2)¤ +z¤ =16

의 교점이 존재하지 않기 위한 상수 a의 값의 범위 를 구하여라.

1 2

두 집합

A={(x, y, z)|x¤ +y¤ +z¤ =9}

B={(x, y, z)|(x-a)¤ +(y-b)¤ +(z-c)¤ =1}

에 대하여 A;B+이 되도록 하는 점 (a, b, c) 의 영역의 부피를 구하여라.

1 4