그림과 같이 좌표평면에서 원점을 지나는 직선 l이x축과 이루는 각의 크기가 60∘이고, 직선 l을y축에 대하여 대칭이동시킨 직선 m이 있다. 원 x2+y2=r2 위의 제1사분면에 있는 점 P에서x축과 두 직선 l,m에 내린 수선의 발을 각각 A,B,C라 하자. 다음은 PA2+PB2+PC2=(다)를 구하는 과정이다. (단, 점 P는 직선 l 위에 있지 않다.)
직선 l의 방정식은 y=3x이고
직선 m의 방정식은 y=(가)x이다.
원 위의 제1사분면에 있는 점을 P(a,b)라 하면 a>0,b>0이고a2+b2=r2이다.
점 P에서x축과 두 직선 l,m에 내린 수선의 발이 각각 A,B,C이므로
PA=b
PB=(나)∣3a−b∣
PC=(나)∣3a+b∣
따라서 PA2+PB2+PC2=(다)
위의 (가), (나)에 알맞은 수를 각각 s,t라 하고, (다)에 알맞은 식을 f(r)라 할 때, f(s×t)의 값은? [4점]