수학여정 - 문제 분석 리포트

(2024학년도) 2023년 9월 모의평가 고3 수학 기하 25번 풀이 해설 [이해용/실전용]
문제의 분류기하 · 벡터 / 도형의 방정식 / 원의 방정식
난이도

🔍 이해용 풀이

문제
25. 좌표평면 위의 점 A(4,3)에 대하여 |OP|=|OA|를 만족시키는 점 P가 나타내는 도형의 길이는? (단, O는 원점이다.) [3점]
① 2π    ② 4π    ③ 6π    ④ 8π    ⑤ 10π

1. 문제의 요지

이 문제는 벡터의 크기가 일정하다는 조건이 원을 나타냄을 이해하고, 그 원의 둘레의 길이를 구할 수 있는지를 묻는 문제입니다.

2. 주어진 조건

- 점 A(4,3)
- |OP|=|OA|
- O는 원점 (0,0)
주어진 조건

3. 풀이의 순서

이 문제는 벡터의 크기가 두 점 사이의 거리임을 이용하여 점 P가 그리는 도형이 원임을 파악하는 방법으로 풀이합니다.

구체적 풀이 순서는 다음과 같아요.

step1. 벡터 OA의 크기를 계산합니다.

step2. 조건 |OP|=|OA|의 기하학적 의미를 파악하여 점 P가 나타내는 도형을 찾습니다.

step3. 해당 도형의 길이를 계산하여 정답을 도출합니다.

4. 풀이의 도구

- 벡터의 크기 : 좌표평면에서 원점 O(0,0)과 점 A(x1,y1)에 대하여 벡터 OA의 크기는 선분 OA의 길이와 같으며, |OA|=x12+y12로 계산합니다.

- 원의 둘레 : 반지름의 길이가 r인 원의 둘레의 길이는 2πr입니다.

5. 구체적 풀이

벡터 기호가 나와서 당황할 수 있지만, |OP|는 단순히 원점 O에서 점 P까지의 거리를 뜻해요. 원점에서 일정한 거리에 있는 점들이 모이면 어떤 도형이 될까요? 바로 원이랍니다!

step1. 벡터 OA의 크기 구하기

step 1

먼저 점 A(4,3)의 위치 벡터인 OA의 크기를 구해볼게요. 원점 O(0,0)에서 점 A(4,3)까지의 거리이므로, 피타고라스의 정리를 이용하면 쉽게 구할 수 있어요.

|OA|=42+32=16+9=25=5가 됩니다.

step2. 점 P가 나타내는 도형 파악하기

step 2

문제에서 주어진 조건은 |OP|=|OA| 예요. 앞서 구한 값을 대입하면 |OP|=5가 되죠.

이 식은 원점 O에서 점 P까지의 거리가 항상 5로 일정하다는 뜻이에요. 평면에서 한 정점(원점)으로부터 거리가 일정한 점들의 자취는 바로 원이 됩니다.

따라서 점 P가 나타내는 도형은 중심이 원점이고 반지름의 길이가 r=5인 원이에요.

step3. 도형의 길이 계산하기

이제 점 P가 나타내는 도형의 길이를 구해야 해요.

도형의 넓이(πr2)와 헷갈리지 않도록 조심하세요. 도형의 길이는 원의 둘레를 의미합니다.

반지름의 길이가 5인 원의 둘레는 2πr 공식을 사용하여 계산하면,

2π×5=10π가 됩니다.

따라서 정답은 ⑤번입니다.

[정답] ⑤

⚡ 실전용 풀이

step1. 벡터 OA의 크기 구하기

|OA|=42+32=5

step2. 점 P가 나타내는 도형 파악하기

|OP|=|OA|=5

--- 원점으로부터 거리가 5인 점들의 자취이므로, 반지름이 5인 원

step3. 도형의 길이 계산하기

l=2πr=2π×5=10π

🎯 막힌 이유와 돌파구

🔒 막힌 이유

벡터의 크기 기호 |OP|가 무엇을 의미하는지 기하학적으로 해석하지 못할 수 있어요.
도형의 길이를 구하라고 할 때, 원의 둘레를 구해야 한다는 점을 놓칠 수 있어요.

🔑 돌파구

|OP|는 원점 O에서 점 P까지의 거리임을 떠올려보세요.
거리가 일정한 점들의 모임은 원을 이루며, 도형의 길이는 원의 둘레(2πr)를 의미한다는 것을 기억하세요.

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