[출처: 비상교육 기하 Ⅲ. 공간도형과 공간좌표 (DB: GEOM_Ch03_비상) PDF p.36 탐구 7085 변형 | 성취기준: 12기하03-03, 12기하03-05]
<제시문 (가)> 좌표공간에서 법선벡터가 \(\vec{n} = (a, b, c)\)이고 점 \((x_0, y_0, z_0)\)을 지나는 평면의 방정식은 \(a(x - x_0) + b(y - y_0) + c(z - z_0) = 0\)이다.
<제시문 (나)> 두 평면 \(\alpha,\; \beta\)의 법선벡터가 \(\vec{n}_1,\; \vec{n}_2\)일 때 두 평면이 이루는 예각 \(\theta\)에 대하여 \(\cos\theta = \dfrac{|\vec{n}_1 \cdot \vec{n}_2|}{|\vec{n}_1||\vec{n}_2|}\)이고, 정사영의 넓이는 \(S' = S\cos\theta\)이다.
좌표공간의 세 좌표축 위의 점 \(\mathrm{A}(3, 0, 0),\; \mathrm{B}(0, 6, 0),\; \mathrm{C}(0, 0, 3)\)을 지나는 평면을 \(\alpha\)라 할 때, 다음 물음에 답하시오.
[문항 5-1] (6점) 제시문 (가)를 이용하여 평면 \(\alpha\)의 방정식을 \(2x + y + 2z = 6\)으로 유도하고, 원점 \(\mathrm{O}\)에서 평면 \(\alpha\)에 내린 수선의 발 \(\mathrm{H}\)의 좌표와 선분 \(\overline{\mathrm{OH}}\)의 길이 \(d\)를 구하시오.
[문항 5-2] (7점) 평면 \(\alpha\)와 \(xy\)평면이 이루는 예각을 \(\theta\)라 할 때, 제시문 (나)를 이용하여 \(\cos\theta\)의 값과 삼각형 \(\mathrm{ABC}\)의 넓이 \(S\)를 각각 구하시오.
[문항 5-3] (7점) 사면체 \(\mathrm{OABC}\)의 부피 \(V\)를 \(V = \dfrac{1}{3} S \cdot d\)로 계산하여 직각사면체 부피 공식 \(\dfrac{1}{6}\overline{\mathrm{OA}}\cdot\overline{\mathrm{OB}}\cdot\overline{\mathrm{OC}}\)의 값과 일치함을 확인하시오.
[논술 답안 작성란 — 문항 5 ([5-1] 6점 / [5-2] 7점 / [5-3] 7점, 총 20점)]
• 제시문 (가), (나)의 수학적 정의와 정리를 명시하고 소문항 [5-1] → [5-2] → [5-3] 순서로 논리적 근거와 풀이 과정을 서술하시오.