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II 평면벡터 1 벡터의 연산

문서에서 2020 풍산자 기하 답지 정답 (페이지 24-30)

146

오른쪽 그림과 같이 정육각형의 대 각선이 만나는 점을 O라 하자.

|a^>+b^>|=|^-AO^>|=1

|a^>-b^>|=|^-BF^>|

=2\ rt32 =rt3

⑶ 오른쪽 그림과 같이 선분 OD의 연장선 위에 선분 OG의 중점이 점 D가 되도록 하는 점 G를 잡으면

|a^>+b^>+c^>|

=|^-AF^>+^-AB^>+^-AD^>|

=|^-AF^>+^-FO^>+^-OG^>|

=|^-AO^>+^-OG^>|

=|^-AG^>|=3

|a^>+b^>-c^>|=|^-AF^>+^-AB^>-^-AD^>|

=|^-AF^>+^-FO^>+^-DA^>|

=|^-DA^>+^-AF^>+^-FO^>|

=|^-DF^>+^-FO^>|

=|^-DO^>|=1

 1 ⑵ rt3 ⑶ 3 ⑷ 1

147

^-OE^>=^-AO^>=-^-OA^>, ^-OF^>=^-BO^>=-^-OB^>

^-OG^>=^-CO^>=-^-OC^>, ^-OH^>=^-DO^>=-^-OD^> 이므로

|^-OA^>+^-OB^>+^-OC^>+^-OD^>+^-OE^>+^-OF^>+^-OG^>+^-OH^>|

=|^-OA^>+^-OB^>+^-OC^>+^-OD^>-^-OA^>-^-OB^>-^-OC^>-^-OD^>|

=|(^-OA^>-^-OA^>)+(^-OB^>-^-OB^>)+(^-OC^>-^-OC^>)

+(^-OD^>-^-OD^>)|

=|0^>+0^>+0^>+0^>|=|0^>|=0

 0

149

b^>-3(a^>+b^>)-2(2a^>-b^>)

=b^>-3a^>-3b^>-4a^>+2b^>

=(-3-4)a^>+(1-3+2)b^>=-7a^>

5/2(4a^>+3b^>)-1/4(4a^>-2b^>)

=10a^>+15/2&b^>-a^>+1/2&b^>

=(10-1)a^>+(15/2+1/2)b^>

=9a^>+8b^>

 -7a^> ⑵ 9a^>+8b^>

A B

F C O

D E

b a

c

A B

C

F O

D G E

151

2x^>+(a^>+b^>)=2a^>-(b^>-x^>)에서 2x^>+a^>+b^>=2a^>-b^>+x^>

2x^>-x^>=2a^>-b^>-a^>-b^>

.t3 x^>=a^>-2b^>

x^>+2y^>=-a^> .c3.c3 3x^>-y^>=4a^> .c3.c3

\3-을 하면 7y^>=-7a^>

.t3 y^>=-a^>

y^>=-a^>~를 에 대입하면 x^>-2a^>=-a^>

.t3 x^>=-a^>+2a^>=a^>

 -2b^> ⑵ x^>=a^>, y^>=-a^>

153

^-CD^>=^-CO^>+^-OD^>=^-BA^>+^-BC^>

=-^-AB^>+^-BC^>=-a^>+b^>

^-CE^>=^-CO^>+^-OE^>=^-BA^>+^-CD^>

=-^-AB^>+^-CD^>=-a^>+(-a^>+b^>)=-2a^>+b^>

^-BE^>=^-BO^>+^-OE^>=2^-BO^>=2(^-BC^>+^-CO^>)

=2(^-BC^>+^-BA^>)=2(^-BC^>-^-AB^>)

=2(b^>-a^>)=-2a^>+2b^>

 -a^>+b^> ⑵ -2a^>+b^>

-2a^>+2b^>

155

^-CQ^>=1/2^-CB^>~이고

^-CB^>=^-CA^>+^-AB^>=-^-AC^>+^-AB^>=-b^>+a^>이므로

^-CQ^>=1/2&a^>-1/2&b^>

^-GR^>=1/3^-BR^>이고

^-BR^>=^-BA^>+^-AR^>=-^-AB^>+1/2^-AC^>=-a^>+1/2&b^>

이므로 ^-GR^>=-1/3&a^>+1/6&b^>

^-GQ^>=1/3^-AQ^>이고

^-AQ^>=^-AB^>+^-BQ^>=^-AB^>+1/2^-BC^>

 =a^>+1/2(-a^>+b^>)=1/2&a^>+1/2&b^>

이므로 ^-GQ^>=1/6&a^>+1/6&b^>

 2&a^>-1/2&b^> ⑵ -1/3&a^>+1/6&b^>

1/6&a^>+1/6&b^>

157

.t3 |-a^>+b^>+c^>|

=|^-AQ^>|

=^-AQ^-=12 다른 풀이

벡터의 덧셈(말꼬리 잡기)을 이용한다.

a^>+b^>=^-AB^>+^-BC^>=^-AC^>

a^>+b^>-c^>=^-AB^>+^-BC^>-^-CD^>

=^-AB^>+^-BC^>+^-DC^>

=^-FA^>+^-AB^>+^-BC^>=^-FC^>

-a^>+b^>+c^> =-^-AB^>+^-BC^>+^-CD^>

=^-BA^>+(^-BC^>+^-CD^>)

=^-DE^>+^-BD^>

=^-BD^>+^-DE^>=^-BE^>

 6rt3 ⑵ 12 ⑶ 12

159

(m-2)a^>+(n+1)b^>=0^>~에서 m-2=0, n+1=0

.t3 m=2, n=-1

m^2`&a^>-(n+1)b^>=(2m-1)a^>+(m-2)b^>~에서 m^2=2m-1, -(n+1)=m-2, 4a^>+(m+1)b^>=4k&a^>-kb^>~에서 4=4k, m+1=-k

^-OP^>-a^>=k(3/5&b^>-a^>) .t3 ^-OP^>=(1-k)a^>+3/5&k&b^>

^-OP^>-^-OB^>=l(^-OM^>-^-OB^>)

^-OP^>-b^>=l(1/3&a^>-b^>) .t3 ^-OP^>=1/3&l&a^>+(1-l)b^>

두 방향에서 구한 ^-OP^>의 계수를 비교하면 1-k=1/3&l, 3/5&k=1-l

두 식을 연립하여 풀면 k=5/6, l=1/2 .t3 ^-OP^>=1/6&a^>+1/2&b^>

 1/6&a^>+1/2&b^>

166

3b^>+3/2(2a^>-4b^>)-2(a^>-b^>)

=3b^>+3a^>-6b^>-2a^>+2b^>

.t3 |2a^>-b^>-c^>|

=|^-AQ^>|=▣~1^2&+2^2 (m+3)a^>+6b^>=k(6a^>+2b^>) (단, k는 0이 아닌 실수) (m+3)a^>+6b^>=6k&a^>+2kb^>

이때 ^-OC^>=m^-OA^>+n^-OB^>~이므로 -a^>+2b^>=m(-2a^>+b^>)+n(a^>+2b^>)

, ^-AE^-=2^-AH^-=2rt3이므로

|^-AE^>|=^-AE^-=2rt3

이때 ^-AE^-=^-BF^-=^-CA^-=^-DB^-=^-EC^-=^-FD^-이므로 벡터 ^-AE^>와 크기가 같은 벡터는

^-EA^>, ^-BF^>, ^-FB^>, ^-CA^>, ^-AC^>, ^-DB^>,

^-BD^>, ^-EC^>, ^-CE^>, ^-FD^>, ^-DF^- 11개이다.

 2rt3, 11

173

^-AB^>+^-BC^>+^-BD^>+^-CB^>+^-DC^>

=^-AB^>+^-BC^>+^-CB^>+^-BD^>+^-DC^>=^-AC^>

^-AC^>-^-AE^>-^-BC^>+^-BD^>+^-DE^>

=^-AC^>+^-EA^>+^-CB^>+^-BD^>+^-DE^>

=^-AC^>+^-CB^>+^-BD^>+^-DE^>+^-EA^>=^-AA^>=0^>

^-AC^>-^-BC^>+^-BE^>-^-CD^>-^-DC^>

=^-AC^>+^-CB^>+^-BE^>+^-DC^>+^-CD^>

=^-AC^>+^-CB^>+^-BE^>+0^>=^-AE^>

^-AE^>+^-BE^>-^-BC^>-^-CE^>+^-EB^>

=^-AE^>+^-BE^>+^-CB^>+^-EC^>+^-EB^>

=^-AE^>+^-EB^>+^-BE^>+^-EC^>+^-CB^>=^-AB^>

^-AD^>-^-BC^>-^-CD^>-^-CE^>-^-EB^>

=^-AD^>+^-CB^>+^-DC^>+^-EC^>+^-BE^>

=^-AD^>+^-DC^>+^-CB^>+^-BE^>+^-EC^>=^-AC^>

따라서 벡터 ^-AE^>와 항상 같은 벡터는 ③이다.



174

x^>-2y^>=a^> .c3.c3 3x^>+2y^>=2b^> .c3.c3

+을 하면 4x^>=a^>+2b^> .t3 x^>=1/4&a^>+1/2&b^>

이를 ㉠에 대입하면 (1/4&a^>+1/2&b^>)-2y^>=a^>

2y^>=-3/4&a^>+1/2&b^> .t3 y^>=-3/8&a^>+1/4&b^>

.t3 x^>+2y^>=(1/4&a^>+1/2&b^>)+2(-3/8&a^>+1/4&b^>)

=-1/2&a^>+b^>

따라서 m=-1/2, n=1이므로 2m+n=2\(- 12 &)+1=0

 0

175

a^>+b^>+c^>=(a^>+c^>)+b^>=b^>+b^>=2b^>

.t3 |a^>+b^>+c^>|=|2b^>|=2|^-AC^>|

=2AC=2▣~1^2&+1^2=2rt2

⑵ 오른쪽 그림에서 2a^>-b^>-c^>=^-AE^>

.t3 |2a^>-b^>-c^>|

=|^-AE^>|=^-AE^-

=▣~1^2&+2^2=rt5

⑶ 오른쪽 그림에서 a^>+b^>+3c^>=^-AF^>

.t3 |a^>+b^>+3c^>|

=|^-AF^>|=^-AF^-

=▣~2^2&+4^2=2rt5

 2rt2 ⑵ rt5 ⑶ 2rt5

176

(m^2&+1)a^>-(2m+3)b^>=(4m-3)a^>+(n-4)b^>에서 m^2&+1=4m-3 .c3.c3

-(2m+3)=n-4 .c3.c3

㉠에서 m^2&-4m+4=0, (m-2)^2=0 .t3 m=2 m=2를에 대입하면 -7=n-4 .t3 n=-3

 m=2, n=-3

177

세 점 A, B, C가 한 직선 위에 있으므로

^-AB^>=k^-AC^> (단, k는 0이 아닌 실수)

^-OB^>-^-OA^>=k(^-OC^>-^-OA^>)이므로

m&a^>-(a^>-2b^>)=k{(-2a^>+b^>)-(a^>-2b^>)}

(m-1)a^>+2b^>=-3k&a^>+3kb^>에서

m-1=-3k, 2=3k .t3 k=2/3, m=-1

 -1

178

^-PA^>+^-PC^>=^-PB^>+^-PD^>에서 ^-PA^>-^-PB^>=^-PD^>-^-PC^>

.t3 ^-BA^>=^-CD^>

, ^-BA^>, ^-CD^>~는 서로 같으므로 사각형 ABCD에서 BA=CD, BA//CD

따라서 사각형 ABCD는 평행사변형이다.

 평행사변형

A E

1 -c B

-b

2a C D

A a

b 1 B

3`c C

F D

179

^-AB^>+^-AC^>+^-AD^>+^-AE^>

=(^-OB^>-^-OA^>)+(^-OC^>-^-OA^>)+(^-OD^>-^-OA^>)

+(^-OE^>-^-OA^>)

=(^-OB^>+^-OC^>+^-OD^>+^-OE^>)-4^-OA^>

=(^-OA^>+^-OB^>+^-OC^>+^-OD^>+^-OE^>)-5^-OA^>

이때 ^-OA^-=^-OB^-=^-OC^-=^-OD^-=^-OE^-이므로 오른쪽 그림과 같이 선분 OA를 한 변으로 하는 정오각형을 그리 면

^-OA^>+^-OB^>+^-OC^>+^-OD^>+^-OE^>

=^-OA^>+^-AF^>+^-FG^>+^-GH^>+^-HO^>

=0^>

.t3 |^-AB^>+^-AC^>+^-AD^>+^-AE^>|=|-5^-OA^>|

=5|^-OA^>|=100 따라서 |^-OA^>|=^-OA^-=20이므로 원 O의 넓이는 pai\20^2=400pai

 400pai

180

오른쪽 그림과 같이 a^>, b^>

를 정하면

^-AB^>=-a^>-2b^>,

^-AC^>=3a^>-2b^>,

^-AD^>=4a^>+b^>

이때 ^-AD^>=m^-AB^>+n^-AC^>이므로 4a^>+b^>=m(-a^>-2b^>)+n(3a^>-2b^>) 4a^>+b^>=(-m+3n)a^>+(-2m-2n)b^>

두 벡터 a^>, b^>는 서로 평행하지 않으므로 4=-m+3n, 1=-2m-2n

두 식을 연립하여 풀면 m=-11/8, n7 /= 8 .t3 m+n=-11/8+7/8=-1/2

 1/-2

181

x^>-3b^>=-a^>+b^>에서 x^>=-a^>+4b^>

x^>=-a^>+4b^>~를 x^>+y^>=m(a^>+2b^>)+3b^>에 대입하면 (-a^>+4b^>)+y^>=m(a^>+2b^>)+3b^>

.t3 y^>=(m+1)a^>+(2m-1)b^>

이때 두 벡터 x^>, y^>가 서로 평행하므로 y^>=kx^> (단, k는 0이 아닌 실수)

F A G

H B

O C

E D

Aa B C

b D

, (m+1)a^>+(2m-1)b^>=-k&a^>+4kb^>에서 m+1=-k, 2m-1=4k

두 식을 연립하여 풀면 k=-1/2, m=-1/2

 1/-2

182

오른쪽 그림과 같이 정사각형 OADB를 그리면

^-OD^>=^-OA^>+^-OB^>=a^>+b^>

, 세 점 O, C, D는 한 직선 위에 있고

^-OC^-=1, ^-OD^-=rt2이므로

^-OC^>= 1rt2 ^-OD^>= 1

rt2 (a^>+b^>)=rt2 2 &a^>+rt2

2 &b^>

따라서 m=n= rt22 이므로 100mn=100\ rt22 \rt2

2 =50

 50

183

^-AB^>=a^>, ^-AC^>=b^>로 놓으면

^-AM^>=1/2^-AB^>+1/2^-AC^>=1/2&a^>+1/2&b^>

^-AN^>=1/3^-AC^>=1/3&b^>

세 점 A, P, M이 한 직선 위에 있으므로

^-AP^>=k^-AM^> (k는 0이 아닌 실수)으로 놓으면

^-AP^>=1/2&k&a^>+1/2&kb^> .c3.c3 , 세 점 B, P, N이 한 직선 위에 있으므로

^-BP^>=l~^-BN^> (l은 0이 아닌 실수)으로 놓으면

^-AP^>-^-AB^>=l(^-AN^>-^-AB^>),^-AP^>-a^>=l(1/3&b^>-a^>)

^-AP^>=(1&-l)a^>+1/3&l~&b^> .c3.c3

,에서 1/2&k=1-l, 1/2&k=1/3&l 두 식을 연립하여 풀면 k=1/2, l=3/4 따라서 ^-AP^>=1/4&a^>+1/4&b^>이므로 m=1/4, n1 /= 4 .t3 m+n=1/4+1/4=1/2

 1/2

A

B D

C

O a

b

185

선분 AB를 1~&:~2로 내분하는 점 P의 위치벡터는 p^>= b^>+2a^>1+2 =2/3&a^>+1/3&b^>

선분 AB를 1~&:~2로 외분하는 점 Q의 위치벡터는 q^>= b^>-2a^>1-2 =2a^>-b^>

.t3 p^>+q^>=(2/3&a^>+1/3&b^>)+(2a^>-b^>)

=8/3&a^>-2/3&b^>

따라서 m=8/3, n=-2/3이므로 m+n=8/3+(-2/3&)=2

 2

187

선분 AB의 중점 M의 위치벡터는

^-OM^>= a^>+b^>2

선분 BC를 1~&:~2로 내분하는 점 N의 위치벡터는

^-ON^>= c^>+2b^>1+2 =2/3&b^>+1/3&c^>

.t3 ^-MN^>=^-ON^>-^-OM^>=(2/3&b^>+1/3&c^>)- a^>+b^>2

=-1/2&a^>+1/6&b^>+1/3&c^>

 -1/2&a^>+1/6&b^>+1/3&c^>

189

semoABC의 세 꼭짓점 A, B, C의 위치벡터를 각각 a^>, b^>, c^>~라 하면

^-GA^>+^-GB^>=(^-OA^>-^-OG^>)+(^-OB^>-^-OG^>)

=^-OA^>+^-OB^>-2^-OG^>

=a^>+b^>-2\ a^>+b^>+c^>3

= a^>+b^>-2^>c3

^-GC^>=^-OC^>-^-OG^>=c^>- a^>+b^>+c^>3

= -a^>-b^>+2^>c3

따라서 ^-GA^>+^-GB^>=-^-GC^>이므로 k=-1

 -1

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