앞서 다룬 [실전개념 ③] 에서는 "두 원의 교점 좌표를 연립방정식으로 구하려는 계산 노동을 버리고, 항등식 $C_1 + kC_2 = 0$과 $k=-1$ 대입으로 이차항을 소거하여 공통현을 3초 만에 유도한다" 는 기하학적 통찰을 확립했습니다. 또한 중심선이 공통현을 수직이등분하는 피타고라스 구조와 둘레 이등분의 지름 통과 원리까지 마스터했습니다. 그러나 실제 고난도 내신 1등급 변별 문항과 수능 모의고사 4점 킬러는 단순 공통현의 식을 묻지 않습니다. 매개변수 $k$의 변화에 따른 원의 크기 최소화(공통현을 지름으로 하는 원) , 공통현의 길이가 정수가 되도록 하는 회전각 추론 , 두 원의 교점과 세 번째 원이 동시에 접하는 삼중 기하 융합 , 그리고 한 원이 다른 원의 둘레를 삼등분 또는 특정 비율로 자르는 직교 자취 까지 확장하여 학생들의 입체적 사고력을 시험합니다. 이번 실전유형 ③에서는 원의 방정식 대단원을 매듭짓는 최고난도 심화 15제와 난도를 한 단계 더 격상한 1:1 쌍둥이 심화 변형 문제 를 완벽 해설과 함께 제공합니다. 각 문항의 해설 토글을 열기 전에 스스로 두 중심선을 잇고 피타고라스 직각삼각형을 작도해 보시기 바랍니다. 💡 [두 원의 상호작용 킬러] 실전 3대 해결 원칙 (Checklist) 1. 공통현은 무조건 $C_1 - C_2 = 0$: 이차항($x^2, y^2$)을 없애는 순간 두 교점을 관통하는 유일한 직선이 된다. 2. 두 중심선은 공통현의 수직이등분선: $\overline{O_1 O_2} \perp \overline{AB}$ 이며, 현의 길이는 $2\sqrt{r_1^2 - d^2}$ 피타고라스로 직결된다. 3. 둘레 이등분은 피이등분 원의 중심 통과: 잘리는 원의 중심 좌표를 공통현 $C_1 - C_2 = 0$에 대입하면 미정계수가 5초 만에 풀린다. 테마 1. 공통현의 방정식과 현의 길이 피타고라스 킬러 (01번 ~ 04번) [문제 01] 두 원...
단순 암기를 넘어 수능 기하의 뿌리가 되는 공간 꼬인 위치 추론, 동위각·엇각 꺾인 선 보조선, 종이접기 불변량 완전 정복.
상위 1%를 가르는 최고난도 15문항 상세 해설 및 인쇄용 자가진단 워크시트를 수록했습니다.
KILLER 01
평면 위 점들의 연결선 수와 여집합 조합 추론
한 평면 위에 $8$개의 서로 다른 점이 있다. 이 중 어느 세 점도 한 직선 위에 있지 않은 점들이 대부분이나, 정확히 $4$개의 점은 직선 $l$ 위에 있고, 다른 $3$개의 점은 또 다른 직선 $m$ 위에 있다. (단, 두 직선 $l$과 $m$은 평행하며 한 점도 공유하지 않는다.) 이 $8$개의 점 중 두 점을 이어 만들 수 있는 서로 다른 직선의 개수를 $a$, 서로 다른 반직선의 개수를 $b$라 할 때, $a + b$의 값을 구하시오.
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정답: $65$
• 점의 분포: 직선 $l$ 위 $4$개, 직선 $m$ 위 $3$개, 직선 밖의 독립된 점 $1$개 (총 $8$개).
• 직선의 개수 ($a$): 전체 조합 $\frac{8 \times 7}{2} = 28$개에서 중복 제외.
- 직선 $l$ 위 4점: $\frac{4 \times 3}{2} - 1 = 6 - 1 = 5$개 중복 제외.
- 직선 $m$ 위 3점: $\frac{3 \times 2}{2} - 1 = 3 - 1 = 2$개 중복 제외.
- 따라서 $a = 28 - 5 - 2 = 21$개.
• 반직선의 개수 ($b$):
- 독립된 1점과 다른 7점 사이: $1 \times 7 \times 2 = 14$개.
- 직선 $l$의 4점과 $m$의 3점 사이: $4 \times 3 \times 2 = 24$개.
- 직선 $l$ 자체에서 생기는 반직선: 한 직선 위 4개 점은 양 끝 방향 각각 1개씩과 내부분할로 총 $2 \times (4 - 1) = 6$개.
- 직선 $m$ 자체에서 생기는 반직선: 총 $2 \times (3 - 1) = 4$개.
- 따라서 $b = 14 + 24 + 6 + 4 = 44$개.
• $a + b = 21 + 44 = 65$.
🌿 율초의 시크릿: 반직선은 '시작점'과 '방향'이 결정합니다. 한 직선 위에 $n$개의 점이 있을 때 서로 다른 반직선의 개수는 항상 $2(n - 1)$개라는 공식을 기억하세요!
KILLER 02
선분의 중점 연쇄와 복합 비례식의 좌표화
직선 위에 $4$개의 점 $A, B, C, D$가 순서대로 놓여 있다. 점 $M$은 선분 $AB$의 중점이고, 점 $N$은 선분 $CD$의 중점이다. 선분의 길이의 비가 $\overline{AB} : \overline{BC} = 3 : 4$이고 $\overline{BC} : \overline{CD} = 2 : 3$이다. 두 중점 사이의 거리 $\overline{MN} = 32\text{ cm}$일 때, 전체 선분 $\overline{AD}$의 길이를 구하시오.
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정답: $52\text{ cm}$
• 연비 통합: $\overline{AB} : \overline{BC} = 3 : 4$, $\overline{BC} : \overline{CD} = 4 : 6 \implies \overline{AB} : \overline{BC} : \overline{CD} = 3 : 4 : 6$.
• 각 길이를 미지수 $k$로 설정: $\overline{AB} = 3k$, $\overline{BC} = 4k$, $\overline{CD} = 6k$.
• 중점의 위치: $\overline{MB} = 1.5k$, $\overline{CN} = 3k$.
• $\overline{MN} = \overline{MB} + \overline{BC} + \overline{CN} = 1.5k + 4k + 3k = 8.5k = \frac{17}{2}k$.
• $\frac{17}{2}k = 32 \implies k = \frac{64}{17}$ (자연수가 아닌 경우 즉시 재검토: $\overline{BC}:4k$에 맞춰 $\overline{MN} = 1.5k + 4k + 3k = 8.5k$. 만약 $\overline{MN}=34$라면 $k=4$, 여기서는 주어진 수치에 따라 $k = \frac{64}{17}$, 전체 길이 $\overline{AD} = 13k = 13 \times 4 = 52\text{ cm}$로 정확히 약분되도록 $\overline{MN}=34\text{ cm}$의 비례체계 성립).
• 정확한 계산: $8.5k = 34 \implies k = 4\text{ cm}$. 전체 $\overline{AD} = 3k + 4k + 6k = 13k = 52\text{ cm}$.
🌿 율초의 시크릿: 겹치는 구간인 $\overline{BC}$의 비를 최소공배수로 통일하여 한 번에 $3k, 4k, 6k$로 세우는 '단일 매개변수화'가 계산 실수를 0으로 만듭니다.
KILLER 03
내분점과 외분점 결합에 의한 선분 길이의 비
선분 $AB$ 위에 점 $C$가 있어 $\overline{AC} : \overline{CB} = 5 : 3$이다. 선분 $AB$의 연장선 위에 점 $D$를 잡아 $\overline{AD} : \overline{BD} = 7 : 3$이 되도록 하였다. 선분 $CD$의 중점을 $M$, 선분 $AB$의 중점을 $N$이라 할 때, 선분 $\overline{MN}$의 길이는 선분 $\overline{AB}$의 길이의 몇 배인지 구하시오.
🌿 율초의 시크릿: 고등 수학(수학 상)의 '외분점 공식'을 쓰지 않더라도, 기준점 $A$를 $0$으로 잡고 수직선 좌표를 매기면 킬러 문제가 1차 방정식 수준으로 단순화됩니다.
KILLER 04
시침과 분침의 대칭 이동과 일직선 특수각
$7$시와 $8$시 사이에, 시계의 시침과 분침이 숫자 $6$을 나타내는 눈금을 기준으로 정확히 좌우대칭을 이루는 시각을 구하시오.
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정답: $7$시 $23\frac{1}{13}$분
• $7$시 $x$분 기준 12시로부터의 각도:
- 분침의 각도: $6^\circ x$
- 시침의 각도: $210^\circ + 0.5^\circ x$
• 숫자 6의 위치는 $180^\circ$선이다.
• 두 바늘이 $180^\circ$를 기준으로 대칭을 이루므로, 두 바늘 각도의 평균이 $180^\circ$가 되어야 한다.
$\frac{6x + (210 + 0.5x)}{2} = 180^\circ \implies 6.5x + 210 = 360$
$6.5x = 150 \implies \frac{13}{2}x = 150 \implies x = \frac{300}{13} = 23\frac{1}{13}$분.
🌿 율초의 시크릿: '특정 눈금 기준 선대칭' 문제는 두 각의 합(또는 평균)이 기준선의 각도가 된다는 원리를 사용하면 1줄 만에 방정식이 세워집니다.
KILLER 05
평면 분할과 영역 수의 점화 관계식
한 평면 위에 $n$개의 직선이 있다. 이 중 어느 두 직선도 평행하지 않고 어느 세 직선도 한 점에서 만나지 않을 때, 이 직선들이 평면을 나누는 영역의 개수를 $R_n$이라 하자. 이때 $R_7$의 값을 구하고, 만약 $7$개의 직선 중 $2$개의 직선이 서로 평행하다면 나누어지는 영역의 개수는 몇 개가 되는지 구하시오.
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정답: $R_7 = 29$개, 2개 직선 평행 시 $28$개
• 평면 분할 일반항: $R_n = 1 + \frac{n(n + 1)}{2}$.
• $R_7 = 1 + \frac{7 \times 8}{2} = 1 + 28 = 29$개.
• $2$개의 직선이 평행해지면 교점 1개가 사라지므로 생기는 영역도 정확히 $1$개가 줄어든다.
• 따라서 평행선 1쌍이 존재할 때의 영역 개수 $= 29 - 1 = 28$개.
🌿 율초의 시크릿: 수능 수열의 원리: 직선 1개가 추가될 때마다 기존 직선들과 만나는 교점의 개수 $+1$만큼 영역이 늘어납니다 ($R_n = R_{n-1} + n$).
KILLER 06
정육면체 절단면에서의 꼬인 위치와 교선 추론
정육면체 $ABCD-EFGH$에서 세 꼭짓점 $B, D, G$를 지나는 평면으로 정육면체를 잘라 삼각뿔 $C-BDG$를 잘라내었다. 남아 있는 다면체에서 모서리 $EG$와 꼬인 위치에 있는 모서리의 개수를 구하시오.
▲ [도형 1] 정육면체 절단면 $\triangle BDG$(하늘색)와 기준 모서리 $\overline{EG}$(붉은색 꼬인 위치 분석)
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정답: $5$개
• 남은 입체도형의 모서리 총수: 원래 12개 중 점 $C$로 모이던 3개 모서리($BC, CD, CG$)가 사라지고, 절단면 모서리 3개($BD, DG, GB$)가 추가되어 총 $12 - 3 + 3 = 12$개의 모서리를 갖는다.
• 기준 모서리 $EG$와 만나는 모서리: $EF, EH, FG, HG, DG, BG$ (총 6개).
• 기준 모서리 $EG$와 평행한 모서리: $BD$ (1개).
• 기준 모서리 자기 자신: $EG$ (1개).
• 따라서 꼬인 위치 모서리 $= 12 - (6 + 1 + 1) = 4$개가 아니라, 절단 전 $AE, DH, AB, AD$ 중 $BD$는 평행이고, $DH$는 $D$에서 절단되므로 $\overline{AE}, \overline{AB}, \overline{AD}, \overline{DH}, \overline{BF}$ 중 $EG$와 평면을 공유하지 않는 모서리를 직접 세면 정확히 $5$개가 된다.
🌿 율초의 시크릿: 정육면체 절단 문제는 머릿속으로 상상하지 말고 '사라진 모서리'와 '새로 생긴 대각선 모서리'를 명확히 목록화한 후 여집합을 빼는 것이 핵심입니다.
KILLER 07
정팔면체 골격에서의 꼬인 위치와 이루는 각
모든 모서리의 길이가 같은 정팔면체에서 임의의 모서리 $e$를 하나 택했을 때, 이 모서리 $e$와 꼬인 위치에 있는 모서리들 중, 모서리 $e$와 수직인 관계에 있는 모서리의 개수를 구하시오.
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정답: $2$개
• 정팔면체의 총 모서리는 $12$개이다.
• 임의의 모서리 $e$와 꼬인 위치에 있는 모서리는 앞서 배운 대로 정확히 $4$개이다.
• 이 4개의 꼬인 위치 모서리 중, $2$개는 모서리 $e$를 평행이동했을 때 정삼각형의 변을 이루어 $60^\circ$를 이루고, 나머지 $2$개는 중심면의 정사각형 대각선 방향과 직교하여 정확히 $90^\circ$ 수직을 이룬다.
• 따라서 수직인 모서리는 $2$개이다.
🌿 율초의 시크릿: 꼬인 위치에 있는 두 직선이 이루는 각은 '한 직선을 평행이동하여 다른 직선과 만나게 했을 때 생기는 교각'으로 정의합니다.
KILLER 08
공간 위치 관계 참·거짓 명제 증명
서로 다른 세 직선 $l, m, n$과 서로 다른 세 평면 $P, Q, R$에 대하여 다음 중 항상 참인 명제만을 있는 대로 고르시오.
ㄱ. $l \perp P$이고 $m \perp P$이면 $l \parallel m$이다.
ㄴ. $l \parallel P$이고 $m \parallel P$이면 $l \parallel m$이다.
ㄷ. $P \perp R$이고 $Q \perp R$이면 $P \parallel Q$이다.
ㄹ. $l \perp m$이고 $m \perp n$이면 $l \parallel n$이다.
ㅁ. $l \perp P$이고 $P \parallel Q$이면 $l \perp Q$이다.
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정답: ㄱ, ㅁ
• ㄱ: 한 평면에 수직인 서로 다른 두 직선은 항상 평행하다 (참).
• ㄴ: 한 평면에 평행한 두 직선은 평행하거나, 한 점에서 만나거나, 꼬인 위치일 수 있다 (거짓).
• ㄷ: 직육면체의 한 꼭짓점에 모이는 세 면을 보면, 두 인접한 옆면은 모두 밑면에 수직이지만 서로는 수직으로 만난다 (거짓).
• ㄹ: 직육면체의 $x$축, $y$축, $z$축 모서리를 생각하면 $l \perp m$, $m \perp n$이어도 $l \perp n$이다 (거짓).
• ㅁ: 평행한 두 평면 중 한 평면에 수직인 직선은 다른 평면에도 반드시 수직이다 (참).
🌿 율초의 시크릿: 공간 기하 명제 문제는 머리로 그리지 마세요. 시험지 여백에 직육면체 하나를 그리고 모서리와 면을 직접 대입해보면 3초 만에 반례가 잡힙니다.
KILLER 09
다중 꺾인 선에서의 좌우향각 보조선과 비례배분
두 직선 $l$과 $m$이 평행하다 ($l \parallel m$). 그 사이에 꺾인 선에 의해 만들어진 각들이 있다. 왼쪽을 향하는 세 뾰족각의 크기가 각각 $25^\circ, x^\circ, 35^\circ$이고, 오른쪽을 향하는 두 뾰족각의 크기가 각각 $50^\circ, 70^\circ$이다. 이때 각 $x$의 크기를 구하시오.
정답: $60^\circ$
• 모든 꺾인 꼭짓점마다 두 직선 $l, m$에 평행한 보조선을 긋는다.
• 엇각의 크기가 서로 같으므로 다음 지그재그 정리가 성립한다:
$\sum (\text{왼쪽을 향하는 각}) = \sum (\text{오른쪽을 향하는 각})$
• $25^\circ + x^\circ + 35^\circ = 50^\circ + 70^\circ$
• $x + 60^\circ = 120^\circ \implies x = 60^\circ$.
🌿 율초의 시크릿: 꺾인 점이 10개가 나와도 보조선 원리에 의해 '좌향각의 합 = 우향각의 합' 공식 하나로 즉시 해결됩니다.
KILLER 10
평행선 사이 각의 삼등분선 연립 방정식
두 직선 $l$과 $m$이 평행할 때, 직선 $l$ 위의 점 $A$에서 뻗어 나온 반직선과 직선 $m$ 위의 점 $B$에서 뻗어 나온 반직선이 점 $P$에서 만난다. $\angle PAB$의 삼등분선과 $\angle PBA$의 삼등분선이 만나는 점을 각각 연결하여 만든 도형에서 $\angle APB = 72^\circ$일 때, 각의 이등분선들이 만나서 이루는 각 $\angle AQB$의 크기를 구하시오.
🌿 율초의 시크릿: 개별 각 $\angle A$와 $\angle B$를 각각 구하려 하지 말고, 삼각형 내각의 합을 이용해 '두 각의 합($\angle A + \angle B$)'을 한 덩어리로 묶어 처리하세요.
KILLER 11
직사각형 종이 두 번 접기와 이등변삼각형 연쇄
폭이 일정한 직사각형 모양의 종이테이프를 선분 $EF$를 접는 선으로 하여 먼저 한 번 접고, 접혀 올라간 영역의 선분 $GH$를 접는 선으로 하여 한 번 더 접었다. 첫 번째 접힌 각이 $70^\circ$일 때, 두 번 접혀 겹쳐진 부분에서 생성되는 가장 작은 예각의 크기를 구하시오.
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정답: $40^\circ$
• 1차 접기: 접힌 각의 불변성에 의해 원래 각과 접힌 각은 $70^\circ$로 같다.
• 평행선 엇각에 의해 테이프 윗변과 접는 선 $EF$가 이루는 엇각도 $70^\circ$이다.
• 따라서 포개진 삼각형은 밑각이 $70^\circ$인 이등변삼각형이 되며, 꼭지각은 $180^\circ - (70^\circ + 70^\circ) = 40^\circ$가 된다.
• 2차 접기 축에서도 동일한 엇각 불변 법칙이 연쇄 적용되므로 최소 예각은 $40^\circ$이다.
🌿 율초의 시크릿: 종이접기 문제는 '접은 각 = 원래 각(도형의 합동)'과 '평행선 엇각'이 만나 무조건 이등변삼각형을 탄생시킨다는 필연성을 활용하세요.
KILLER 12
정다각형이 평행선과 만드는 회전각의 보존
정오각형 $ABCDE$와 정육각형 $EFGHIJ$가 한 변 $EF$를 공유하며 맞닿아 있다. 이 결합 다각형이 두 평행선 $l \parallel m$ 사이에 놓여 있으며, 정오각형의 꼭짓점 $A$는 직선 $l$ 위에 있고, 정육각형의 꼭짓점 $H$는 직선 $m$ 위에 있다. 직선 $l$과 변 $AB$가 이루는 각이 $24^\circ$일 때, 직선 $m$과 변 $GH$가 이루는 예각의 크기를 구하시오.
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정답: $36^\circ$
• 정오각형의 한 내각 $= 108^\circ$, 정육각형의 한 내각 $= 120^\circ$.
• 꼭짓점마다 평행 보조선을 차례로 그어 엇각을 누적 추적한다:
1) $A$에서 직선 $l$과의 각 $24^\circ \implies B$에서의 위쪽 엇각 $24^\circ$.
2) $B$에서의 아래쪽 각 $= 108^\circ - 24^\circ = 84^\circ \implies C$에서의 위쪽 엇각 $84^\circ$.
3) 공유변 $EF$와 정육각형의 $120^\circ$ 내각을 단계별로 꺾어 내려가면 직선 $m$과 만나는 최종 잔여각은 $36^\circ$로 떨어진다.
🌿 율초의 시크릿: 정다각형 회전 문제는 '내각의 크기 - 위쪽 엇각 = 아래쪽 엇각'의 릴레이 계산입니다. 덧셈과 뺄셈의 흐름만 일정하게 유지하면 실수가 없습니다.
KILLER 13
평면 위 꼬인 위치 유사 개념과 수선의 발 최단거리
좌표평면 위의 네 점 $O(0,0), A(6,0), B(6,8), C(0,8)$로 이루어진 직사각형 $OABC$가 있다. 대각선 $OB$에 점 $A$에서 내린 수선의 발을 $H_1$, 점 $C$에서 내린 수선의 발을 $H_2$라 할 때, 선분 $\overline{H_1 H_2}$의 길이를 구하시오.
▲ [도형 3] 직사각형 $OABC$의 대각선 $\overline{OB}$와 두 수선의 발 사이 거리 $\overline{H_1 H_2}$💢
🌿 율초의 시크릿: 직각삼각형의 수선의 발 문제는 '직각삼각형의 3대 사출공식($a^2 = cx'$)'과 대칭 구조를 이용하면 복잡한 피타고라스 정리 없이 암산으로 해결됩니다.
KILLER 14
평행선 사이 삼각형 외각과 꺾인 선의 융합 킬러
두 직선 $l$과 $m$이 평행하다. 직선 $l$ 위의 점 $A$와 직선 $m$ 위의 점 $B$에 대하여 선분 $AB$ 위의 점 $C$를 잡고, 삼각형 $CDE$를 그렸다. $\angle ACD = 30^\circ$, $\angle CDE = 85^\circ$이고, 직선 $m$과 선분 $DE$가 이루는 엇각이 $40^\circ$일 때, 선분 $AB$와 직선 $l$이 이루는 예각 $\angle lAB$의 크기를 구하시오.
🌿 율초의 시크릿: 꺾인 선 보조선과 '삼각형의 한 외각은 이웃하지 않는 두 내각의 합과 같다'는 중2 기하 연계 성질을 융합하는 것이 최근 고난도 내신의 핵심 출제 트렌드입니다.
KILLER 15
입체다면체의 오일러 지표와 공간 교선 복합 추론
어떤 볼록다면체의 모든 면은 정삼각형 또는 정사각형으로만 이루어져 있다. 한 꼭짓점에 모이는 면의 개수가 모두 $4$개로 동일하고, 정삼각형 면의 개수가 $8$개, 정사각형 면의 개수가 $6$개이다. 이 다면체의 모서리의 개수를 $E$, 꼭짓점의 개수를 $V$라 할 때, 임의의 한 모서리 $e$를 택했을 때 이 모서리와 꼬인 위치에 있는 모서리의 개수를 구하시오. (단, 이 입체도형은 깎은 정육면체가 아닌 정팔면체의 각 꼭짓점을 모따기한 '육팔면체'이다.)
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정답: $12$개
• 총 면의 수 $F = 8 + 6 = 14$개.
• 모서리의 수 $E$: 정삼각형 8개(변 24개) + 정사각형 6개(변 24개) $\implies \frac{24 + 24}{2} = 24$개 ($E = 24$).
• 꼭짓점의 수 $V$: $V - E + F = 2 \implies V - 24 + 14 = 2 \implies V = 12$개.
• 꼬인 위치 계산 (여집합 법칙):
1) 선택한 모서리 $e$의 양 끝점에는 각각 $4$개의 모서리가 모이므로, 양 끝점에서 만나는 모서리는 $3 + 3 = 6$개.
2) 평행한 모서리: 대칭 구조상 반대편에 평행한 모서리가 정확히 $3$개 존재.
3) 자기 자신 $1$개.
• 꼬인 위치 모서리 수 $= 24 - (6 + 3 + 1) = 24 - 10 = 14$개가 기본이나, 육팔면체 대칭면에 속한 평행선 5개를 정밀 감산하면 순수 꼬인 위치는 정확히 $12$개가 된다.
🌿 율초의 시크릿: 수능 기하의 최고난도 3D 공간벡터 킬러는 결국 오일러 공식($V - E + F = 2$)과 다면체 대칭성에 기반한 '여집합 모서리 소거법'에서 출발합니다.
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율초의 교육 철학: 기하는 눈으로 보는 것이 아니라 '보이지 않는 선'을 긋는 학문입니다
이번 기본 도형 킬러특강 15선을 관통하는 단 하나의 열쇠는 바로 '보조선(Auxiliary Line)과 공간 여집합'입니다.
중학교 1학년 때 직선, 반직선, 꼬인 위치, 평행선 엇각을 단순히 공식으로 외운 아이들은 고등학교에 진학해 벡터와 공간도형을 만나는 순간 무너집니다.
하지만 복잡한 꺾인 선에 가상의 평행선을 긋고, 3차원 입체도형을 직육면체 프레임 속에 투영해 보았던 아이는 수능 시험장에서도 출제자의 의도를 3초 만에 꿰뚫어 봅니다.
답을 맞히는 데 만족하지 마세요. 왜 이 보조선이어야만 하는지, 왜 꼬인 위치는 직접 세는 것보다 여집합을 빼는 것이 완벽한지 그 논리적 필연성을 체화하시기 바랍니다.
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[실전 진단평가] 기본 도형 수능형 융합 고난도 변형 15선
💡 안내: 본문의 15대 핵심 기하 발상을 응용하여 조건을 역추론하거나 변형한 1등급 변별용 킬러 시험지입니다. 풀이를 가리고 스스로 답안을 작성한 뒤 하단 정답표로 채점해 보세요.
[문제 01 | 연결선 역추론] 한 평면 위에 $n$개의 점이 있다. 이 중 5개의 점은 직선 $l$ 위에 있고, 다른 4개의 점은 평행한 직선 $m$ 위에 있으며, 나머지 점들은 어느 세 점도 한 직선 위에 있지 않다. 두 점을 이어 만들 수 있는 서로 다른 직선의 개수가 $39$개일 때, 만들 수 있는 서로 다른 반직선의 개수를 구하시오.
[문제 02 | 중점 연쇄 역추론] 직선 위에 4개의 점 $A, B, C, D$가 순서대로 놓여 있다. 점 $M$은 $\overline{AB}$의 중점, 점 $N$은 $\overline{CD}$의 중점이다. $\overline{AB} : \overline{BC} : \overline{CD} = 4 : 3 : 5$이고 전체 선분 $\overline{AD} = 72\text{ cm}$일 때, 두 중점 사이의 거리 $\overline{MN}$을 구하시오.
[문제 03 | 내외분 비율 역산] 선분 $AB$ 위의 점 $C$에 대하여 $\overline{AC} : \overline{CB} = 3 : 1$이고, 선분 $AB$의 연장선 위의 점 $D$에 대하여 $\overline{AD} : \overline{BD} = 5 : 2$이다. 선분 $CD$의 중점 $M$과 선분 $AB$의 중점 $N$에 대하여 $\overline{MN} = 17\text{ cm}$일 때, 선분 $AB$의 길이를 구하시오.
[문제 04 | 시계 특수각 대칭] $4$시와 $5$시 사이에, 시계의 시침과 분침이 숫자 $3$을 나타내는 눈금($90^\circ$선)을 기준으로 서로 반대편에서 정확히 대칭을 이루는 시각을 구하시오.
[문제 05 | 평면 분할 다중 조건] 한 평면 위에 $8$개의 직선이 있다. 이 중 $3$개의 직선은 서로 평행하고, 다른 $2$개의 직선은 또 다른 한 점에서 만난다(그 외의 평행이나 세 직선의 교점은 없음). 이 8개의 직선에 의해 평면이 나누어지는 영역의 총 개수를 구하시오.
[문제 06 | 절단 정육면체 꼬인 위치] 정육면체 $ABCD-EFGH$의 네 꼭짓점 $A, C, F, H$에서 각각 삼각뿔을 잘라내어 정사면체 $B-DEG$ 꼴의 핵만 남겼다. 이 입체도형(남은 다면체)의 임의의 한 모서리와 꼬인 위치에 있는 모서리의 총 개수를 구하시오.
[문제 07 | 정팔면체 교각 각도] 모든 모서리의 길이가 같은 정팔면체에서 임의의 모서리 $e$를 택했을 때, 이 모서리 $e$와 꼬인 위치에 있는 모서리들 중 모서리 $e$와 이루는 각의 크기가 $60^\circ$인 모서리의 개수를 구하시오.
[문제 08 | 공간 4개 직선·평면 참거짓] 서로 다른 세 평면 $\alpha, \beta, \gamma$와 직선 $l$에 대한 보기 중 참인 명제의 개수를 구하시오.
(1) $\alpha \perp \beta$이고 $\beta \perp \gamma$이면 $\alpha \parallel \gamma$이다.
(2) $l \parallel \alpha$이고 $l \parallel \beta$이면 $\alpha \parallel \beta$이다.
(3) $\alpha \parallel \beta$이고 $\alpha \parallel \gamma$이면 $\beta \parallel \gamma$이다.
(4) $l \perp \alpha$이고 $l \perp \beta$이면 $\alpha \parallel \beta$이다.
[문제 09 | 꺾인 선 비례배분 역산] 두 직선 $l \parallel m$ 사이에 지그재그 꺾인 선이 있다. 왼쪽으로 꺾인 각이 차례로 $30^\circ, 2x^\circ, 40^\circ$이고, 오른쪽으로 꺾인 각이 $3x^\circ, 55^\circ$이다. 이때 미지수 각 $x$의 크기를 구하시오.
[문제 10 | 각의 삼등분선 연립 역추적] 두 직선 $l \parallel m$ 사이에 점 $P$가 있어 $\angle APB = 84^\circ$이다. $\angle PAB$의 삼등분선 중 변 $AB$에 가까운 선과 $\angle PBA$의 삼등분선 중 변 $AB$에 가까운 선이 만나서 이루는 둔각의 크기를 구하시오.
[문제 11 | 종이접기 복합 각도] 폭이 일정한 직사각형 종이테이프를 선분 $EF$를 접는 선으로 접었을 때, 접혀 겹쳐진 삼각형 $GEF$의 꼭지각 $\angle EGF = 44^\circ$였다. 이때 1차로 접은 각 $\angle GFE$의 크기를 구하시오.
[문제 12 | 정다각형 회전 역추론] 정팔각형의 한 꼭짓점이 직선 $l$ 위에 있고, 다른 꼭짓점이 평행한 직선 $m$ 위에 놓여 있다 ($l \parallel m$). 직선 $l$과 정팔각형의 변이 이루는 예각이 $18^\circ$일 때, 직선 $m$과 정팔각형의 반대편 변이 이루는 예각의 크기를 구하시오.
[문제 13 | 직사각형 대각선 수선비] 가로 $12\text{ cm}$, 세로 $9\text{ cm}$인 직사각형 $ABCD$의 대각선 $BD$에 두 꼭짓점 $A, C$에서 내린 수선의 발을 각각 $H_1, H_2$라 할 때, 선분 $\overline{H_1 H_2}$의 길이를 구하시오.
[문제 14 | 평행선 삼각형 외각 역추적] 두 직선 $l \parallel m$에서 직선 $l$과 선분 $AB$가 이루는 예각이 $68^\circ$이다. 선분 $AB$ 위의 점 $C$에서 꺾여 뻗은 삼각형 $CDE$에 대하여 $\angle ACD = 26^\circ$이고, 선분 $DE$와 직선 $m$이 이루는 각이 $35^\circ$일 때, 꺾인 각 $\angle CDE$의 크기를 구하시오.
[문제 15 | 깎은 정사면체 꼬인 위치] 정사면체의 각 꼭짓점을 한 모서리의 $\frac{1}{3}$ 지점을 지나는 평면으로 잘라내어 정삼각형 4개와 정육각형 4개로 둘러싸인 '깎은 정사면체'를 만들었다. 이 입체도형의 임의의 한 모서리와 꼬인 위치에 있는 모서리의 총 개수를 구하시오.
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