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이므로

문서에서 1 위치 관계 (페이지 46-52)

옆면의 넓이는  ×  ×   

75. [정답] ④

AG

, AB  , GB 

이므로 ∆ABG는 직각삼각형이다.

B에서 AG에 내린 수선의 발을 H라 하면

BH는 

이고 AH 

 이므로

  

,   

 이다.

∴   

76. [정답] ④

사각뿔 A  BCDE 에서 밑면 BCDE 는 한 변이

 인 정사각형이고 높이는    이므로 부피 라 하면

  

⋅         

′    

  에서   

 에서 극대이자 최대를 갖는다.

77. [정답] ②

    

  

    

  

    

  

에서   이므로 ∆는 정삼각형이다. 따라서 ∆의 넓이는

 



  

 

  

이 때, 가 최소가 되려면  의 값이 최대가 되어야 한다.

     이므로

   ≥ 

 

∴  ≤ 

(단, 등호는    일 때, 성립한다.)

평면과 평면  사이의 각을 ,  평면과 평면  사이의 각을 라 하자.

 cos cos 이때,   

이므로  

 

cos cos

 

 sin

tan 

∴ cos  



∴  × 



  



79. [정답] ②

[출제의도] 공간도형에서 두 점 사이의 거리를 구할 수 있는가를 묻 는 문제이다.

아래 그림과 같이 P 를 원점으로 하는 공간좌표에 놓으면

PM MH 이고,

∆QHM을 지나는 평면으로 입체를 자른 단면은 아래 그림과 같이

RQ

, RS 이므로

QS

  이고,

SH  이므로 QH  이다.

PM  MH  , QH  이므로 Q  

∴  PQ    

80. [정답] ④

ㄱ. 점 P는 4초 만에 원점에 온다.

점 Q는  

초 만에 원점에 온다. 각각 , 바퀴를 돌았다고 하면

   

 를 만족하는 순서쌍은 (0. 0)밖에 없으므로 처음 출발 할 때만 만난다.

∠AOB  

 

 제이코사인법칙에 의해서

AB   ···cos 

  

∴ AB  



∆OAB  

·

 ·  

···sin 



∴   





CB 





  × 

따라서 내리막길의 길이 CB  





[다른풀이]

  에서    ∴   

 위의 그림과 같은 원뿔의 전개도에서

와 의 최단 거리는 이다.

에서 에 가장 가까운 지점을 라 하면

에서 까지는 오르막길,

에서 까지는 내리막길이 된다.

△에서 제이코사인법칙에 의하여

   ․ ․ ․ cos 

∴

  



△의 넓이를 라 하면

 

×  ×  × sin 

한편,  

 ․  

․ 

 ․  

∴  





△에서

   





 

∴  





82. [정답] ①

[출제의도] 좌표공간에서 벡터의 연산을 이해하여 관련 문항을 해결 할 수 있다.

두 점 A        B      의 중점의 좌표는

   

  

 

   

이므로



  

   

   

 

따라서        이므로     

[출제의도] 계산 능력 – 공간좌표

    

⋅  ⋅ ,     

⋅  ⋅ ,     

⋅  ⋅  

∴       

85. [정답] ④ [출제의도] 공간좌표



  

  

  

  →      

∴     

86. [정답] ⑤

[출제의도] 좌표공간에서 두 점의 내분점을 구할 수 있는가?

내분점의 좌표는

  

 

 

  

   이므로

∴      

    

87. [정답] ③

A  , B   이고

AB를   로 내분하는 점의 좌표는

  

    

   

  

   

  

        

    에서   ,   

∴         

88. [정답] ①

[출제의도] 공간좌표에서 선분의 내분점을 구할 수 있는가?

두 점 A    B   에 대하여 선분 AB 를   로 내분하는 점의 좌표는

  

 ×    × 

   

 ×    × 

   

 ×    ×  

즉,   

따라서      

89. [정답] ⑤

  

  

   

  

   

  

   

  ,    ∴     

90. [정답] ②

[출제의도] 공간좌표의 내분점 계산하기 선분 AB 를   로 내분하는 점의 좌표는 

  



   이므로   

91. [정답] ①

[출제의도] 좌표공간에서 선분의 외분점을 구할 수 있는가?

두 점 A    B   에 대하여 선분 AB 를   로 외분하는 점의 좌표는

  

 ×    × 

   

 ×    × 

   

 ×    ×  

즉,      

이 점이 축 위에 있으므로

P    , Q   이므로

선분 PQ 를    로 내분하는 점의 좌표를    라 하면

    

  

 

    

  

 

    

  

 

∴       

93. [정답] 350

[출제의도] 공간좌표 이해하기

그림과 같이 점 M을 좌표공간의 원점으로 하면

점 B   , 점 C  

   에서 점 P는 BM를    로 내분하므로 P   

CP  



따라서  

94. [정답] ①

△AOC∽△AQ′Q이므로 점 Q'의 좌표는 Q′   

△BOC∽△AP′P이므로 점 P'의 좌표는 P′   

삼각형 OP′Q′은 직각삼각형이므로 구하는 넓이는 

×  ×   

95. [정답] ④

[출제의도] 공간좌표를 이용하여 삼각형의 무게중심의 좌표를 구할 수 있는가?

세 점 A  , B   , C  을 세 꼭짓점으로 하는 삼각형의 무게중심의 좌표는

    

 

    

 

    

  

 

  

 

이때, 무게중심의 좌표가   이므로



   , 

   

∴      

∴     

96. [정답] 20

[출제의도] 공간도형과 공간좌표

평면 가 평면 위에 있다고 하면 세 구가 평면  위에 있으므로 세 구의 방정식은

         

         

정육면체 A 안에 내접하고 있는 구의 중심의 좌표는 (3, 1, 3) 정육면체 B 안에 내접하고 있는 구의 중심의 좌표는 (3, 3, 1) 정육면체 C 안에 내접하고 있는 구의 중심의 좌표는 (1, 3, 1) 이므로 개의 구의 중심을 연결한 삼각형의 무게중심의 좌표     는

  

    

 

  

    

 

  

    

 

∴       

    

 



98. [정답] ⑤

[출제의도] 공간도형의 성질을 알고 이를 이용하여 선분의 길이를 구 할 수 있는가를 묻는 문제이다.

MQ가 최대가 되려면 점 B 를 지나야 하므로 (최댓값) MB  

 



99. [정답] ②

[출제의도] 공간좌표 이해하기

O

    

    

구           를  평면으로 자른 단면은 원

      이 되므로, 밑면의 넓이는 가 되고, 부피가 최대가 되는 원뿔의 높이는 이다.

∴원뿔의 부피의 최댓값은 



100. [정답] ④

주어진 그림에서 위, 아래의 단면은 원이다.

즉, 반지름의 길이를 각각 , 로 놓고 위 그림을 얻을 수 있다.

구의 중심에서 위의 단면까지의 거리를 로 놓으면

   ,        

따라서 두 단면의 넓이의 합은

      

     

 

    

구           의 중심을 A   라 하고 구          에서

             의 중심을 B      라 하자.

두 구가 원점 O 에서 서로 접하므로 두 벡터 OA와 OB는 평행하다.

즉, OB   OA 는 실수)

          

∴            

∴      

∴     

102. [정답] ②

[출제의도] 좌표공간에서 구의 방정식을 구할 수 있는가?

가  축,  축에 접하면서  평면과 만나서 생긴 원의 반지름이

이므로

구의 중심을 C    , 반지름을 라 두면, 다음과 같은 식이 성립한다.

          

축과 만나는 현의 길이가  이므로 현의 수직이등분선 중 하나는 구의 중심을 지난다.

현의 양 끝점을 각 각  (의  좌표의  좌표) 그 중점을 이라 두면 AM   MC  

  AC  이므로

 

∴   

103. [정답] ③

좌표공간은  평면,  평면,  평면에 의해 다음과 같이  개의 영역으로 나누어진다.

①         인 영역,

②         인 영역,

③         인 영역,

④         인 영역,

⑤         인 영역,

⑥         인 영역,

⑦         인 영역,

⑧         인 영역,

한편, 주어진 구            

의 중심은    이므로 구 의 중심은 ⑤의 영역에 있다.

따라서 구 는 ⑤의 영역을 지난다.

또, 구의 반지름의 길이 는  

  

이고,

           이므로

구 는  평면,  평면,  평면에 의하여 두 부분으로 나누어진다.

따라서 구 는 ①, ⑦, ⑥의 영역을 지난다.

한편,    이므로 구 는 축과 서로 다른 두 점에서 만난다.

따라서 ③의 영역을 지난다.

또,    이므로

구 는 축과 서로 다른 두 점에서 만난다.

따라서 ②의 영역을 지난다.

하지만,   이므로

중심에서  까지의 거리가 3이므로 그 평면이 만드는 원의 반지름은



    ∴  

이것은  평면의 경우도 마찬가지이다.

그런데 두 평면이 서로를 중심에서 3만큼 떨어지게 남겨두고 자르므로 여기서 왼쪽 부분의 넓이가 두 평면에 의해 잘린 단면의 한 부분이 된다. 이 넓이를 구해서 곱하기 2를 하면 된다.

 ×   

      

105. [정답] 

[출제의도] 공간도형과 공간벡터

구를  평면에 수직이고 OP 를 지나는 평면으로 잘라서 단면화해 보자.

이 때 아래와 같은 그림을 얻을 수 있다.

를 평면에 정사영 시킨 점을  이때, OH OP 이다.

PQ 를 만족하도록 평면 를 잡고 평면과 이루는 각을 라 하자.

의 넓이를 라 하면,

 cos

cos가 최대인 순간은 위의 그림과 같이 가 와  평면의 교선에 최대한 가까이 있는 경우이다.

이 때 를 구하면   

 

cos  cos

 

, cos 

cos  

따라서 원 의 넓이의 최댓값은 



∴    

106. [정답] ⑤

[출제의도] 좌표공간에서 구 중심의 자취 구하기 두 구     ⋯⋯ ①

          ⋯⋯ ②의 중심

O    C     사이의 거리는    이므로 두 구는 외접한다.

그림에서 ∠COP  라 놓으면, cos  ⋅⋅

  

 

점 P에서 선분 OC 에 수선을 내린 수선의 발을 H라 하면,

PH  ⋅ sin    cos  

 

 



 

 따라서 구하는 길이는



 

⋅ 

107. [정답] 

[출제의도] 공간도형의 성질을 이용하여 두 구의 중심 사이의 거리를 구할 수 있는가를 묻는 문제이다.

그림과 같이 세 평면과 두 구의 평면  위로의 정사영을 생각하자. 오른쪽 그림에서

∠OAD  ∠OBE  이므로 OD 

 ,

OE 

 이다.

따라서 DE BC  

이므로 AB  



이다.

 

  



이므로  이다.

108. [정답] 11

평면과 평면이 이루는 각을 단면화 시켜서 관찰하기 위하여 우선 도형을 옆에서 관찰하면 다음과 같다.

S의 중심을 O라 하면

OO , OH  이고 ∴ OH 

위에서 이 도형의 이면각 를 표현하기 위해 O O O H 를 포함하는 평면으로 자른 단면을 그려보면 다음과 같다.

이때, sin  

 cos    sin

   

 

도형 D의 단면의 넓이는 이므로 정사영의 넓이는  × 

이다

∴     

109. [정답] 11

원    위의 한 점   과 점  을 지나는 직선의 방정식은

 

  

 

,   

따라서 이 직선과 구     의 교점을 라 하면

 

  

 

 ,   에서       ( 

   ) 이 때, 점      는 구

      위의 점이므로

       

     ,      

      

∴    (∵ 

   )

또한, 구하고자 하는 도형은 점 

  

을 지나면서 평면에 평행한 평면과 구      의 교선이므로

 

 

 ,   

따라서 도형 전체의 길이는



   × 

  



∴     

110. [정답] 72

[출제의도] 공간도형과 이차곡선에 관한 수학내적문제를 해결할 수 있는가를 묻는 문제이다.

꼭짓점이 A이고 구에 접하는 접선들로 이루어진 직원뿔을 평면으로 자른 단면은 타원이므로, 두 점 P Q는 타원 위의 점이다. 따라서 타원의 장축은 직선       위에 존재하고, 장축의 한 끝점은 원점이다. 그림과 같이 원점을 O, 구의 중심을 O′, O′에서 축에 내린 수선의 발을 T , 원점이 아닌 장축의 다른 끝점을 R , AR과 구의 접점을 U, 점 T 에서 AO′에 내린 수선의 발을 H라 하자.

A T U

R

O′

A

T

O R

H U

OT  AT AU  AO′ 

이므로 직각삼각형 ATO′에서 TH 

 이고 ∆ATU에서 제이코사인법칙에 의하여

구    는 중심이    이고 반지름이

이다.

원       는 중심이   이고 반지름이 이다.

구의 중심을 C   , 원의 중심을 C  라 하고 C에서 평면에 내린 수선의 발을 H    라 하자.

원 위를 움직이는 점 Q를 고정시킬 때, 점 Q에 대하여

PQ가 최대가 되도록 하는 점 P는 직선 CQ 위에 놓인다.

이때, PQ의 최댓값은 PC CQ   CQ이다.

따라서 CQ가 최대일 때, PQ가 최대가 된다.

CQ 

CH HQ

 HQ

따라서 HQ가 최대일 때, CQ가 최대가 된다.

HQ가 최대가 되도록 하는 점 Q는 직선 HC 위에 놓인다.

이때, 최댓값은

HC CQ       이다.

따라서 CQ의 최댓값은

 HQ  이다.

따라서 PQ의 최댓값은   CQ  이다.

[다른풀이]

점    를 A, 점    를 A′ , 점  를 B 라 하자.

구          을

평면으로 정사영시킨 점 A′을 중심으로 하는 반지름 인 원

       과 점 B 를 중심으로 하고 반지름이 인 원

       이 그림과 같다.

AQ의 최댓값은  

, AA′  , PQ의 최댓값은  이다.

구          …㉠는 중심이   이고 반지름의 길이가 2인 구이고 구    …㉡은 중심이 원점

  이고 반지름의 길이가 4인 구이다.

이때,   

 이므로 ㉠은 ㉡에 포함되고, ㉡의 중심은 ㉠에 포함된다.

2

 

따라서 ㉠에 접하는 평면이 ㉡과 만나서 생기는 도형은 원이고 넓이가 최대가 되려면 점 O에서 평면 사이의 거리가 가장 짧아야 한다. 즉, 두 구의 중심  를 지나는 직선과 구 ㉠과의 교점 중에서 점 O에 가까운 점을 P라 하면 점 P가 평면의 접점이 될 때이다.

이때, 단면이 나타내는 원의 반지름의 길이를 라 하면

   

 

     

     

 따라서 넓이의 최댓값은

   

 

∴     

113. [정답] 

그림에서 평면 가 구    과 만나서 생기는 도형의  평면 위로의 정사영 위의 임의의 한 점의 좌표를 P  cos 이라 하면

    cos   ≤ 이어야 하므로

  cos ≤    양변을 제곱하여 정리하면

  cos      cos ≥ 

  ≤  ≤ 에서 항상 성립해야 하므로

방정식  cos      cos  의 판별식을

라 하면

      cos   cos  ≤ 

cos  cos ≤ 

∴ cos ≤ 

∴  ․  

114. [정답] 

[출제의도] 공간도형과 공간좌표

문서에서 1 위치 관계 (페이지 46-52)

관련 문서