2013년 9월 30일 월요일

3. 문자로 표시된 순환소수 (심화)

[ converting decimals to fractions : advanced ]


초등산수와는 달리, 중등수학부터는 숫자 대신에 문자로 표시되는 일반화, 추상화, 기호화의 개념수학이 시작됩니다.

중고등수학에서의 상위권 실력을 갖춘다는 것은, 각 단원별로 이러한 일반화, 추상화, 기호화의 개념을 충분히 익혀서 자기 것으로 만들고, 유사한 문제를 만났을 때, 이 개념들을 이용해, 해결해 나갈 수 있는 응용력을 키우는 것입니다.

순환하는 무한소수가 숫자 대신에 문자로 주어지는 경우, 많은 학생들은 크게 당황하게 됩니다만, 앞에서 공부한 [똑같은 꼬리 자르기] 기법을 활용하면 됩니다.

기본적이면서도 중요한 내용이니까, 반드시 기본개념을 먼저 확실하게 이해하고 익혀 둔 다음에, 시간 절약만을 위해서 [순환소수를 분수로 바꾸는 공식]을 이용하는 것이 바람직합니다.



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앞에서 공부한 표준과정은 충분히 이해했을 테니까, 이번의 심화 수준 공부는 곧바로 예제부터 보도록 할까요?


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 한 자리의 자연수 a , 아래의 부등식
 \(\frac{7}{{12}}{\rm{ }} < {\rm{ }}0.\mathop a\limits^ \bullet  {\rm{ }} < {\rm{ }}\frac{7}{{10}}\) 을 만족한다고 할 때,
  a 의 값을 구하여라.
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(1) 숫자가 아니고 문자로 표시된 순환소수도, 앞에서 배운 대로
      [똑같은 꼬리 자르기] 기법을 활용하면 됩니다.

(2) x =  \(0.\mathop a\limits^ \bullet  \) 라 놓고, 똑 같은 꼬리를 만들려면, 양변에 10 을 곱해 주면
     되겠지요?  a 는 한 자리수이니까, 숫자와 똑같이 계산하면 됩니다.
            x =  \(0.\mathop a\limits^ \bullet  \)  
       10 x  =  \(a.\mathop a\limits^ \bullet  \)  

(3) [똑같은 꼬리를 자르는 기법]으로, 큰 값에서 작은 값을 빼주면,
 ② ‐ ①[ 가감법 ]
  9 x = a.   따라서,  x\(\frac{a}{{{\rm{ }}9{\rm{ }}}}\)

(4) 이제, 주어진 부등식에 대입한 후에, 분모들의 최소공배수로 통분
      하거나, 아예 처음부터 통분도 할 필요없이 간단하게 각 변에
    양(+)의 값인 분모들의 최소공배수 180  곱해 주면,
      \(\frac{7}{{12}}{\rm{ }} < {\rm{ }}\frac{a}{9}{\rm{ }} < {\rm{ }}\frac{7}{{10}}\) 이므로,  105 < 20a < 126

(5) 계산하면,  5.25 < a < 6.3   따라서, 답은  a = 6



이번에는, 조금 더 어려운 예제를 풀어 볼까요?

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 한자리의 자연수 a b a < b 이고,
 두 순환소수 \(0.\mathop a\limits^ \bullet  \mathop b\limits^ \bullet   + 0.\mathop b\limits^ \bullet  \mathop a\limits^ \bullet   = 0.\mathop 4\limits^ \bullet  \) 를 만족할 때,
  a b 의 값을 구하여라.
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(1) 문자로 표시되어 있다 하더라도, 앞에서 공부한 [똑같은 꼬리 자르기]
      기법을 활용하면 되겠지요? 원리를 완벽하게 이해하였다면,
      공식을 적용해서 그대로 구해도 됩니다만,

(2) 문자로 표시했을 때, 정수부분의 자릿수는 주의를 해야만 합니다.
      예컨데, 문자로 표시된 ab.c 는 십의 자리를 감안해서,
      10a + b\(\frac{c}{{10}}\) 로 나타내야만 합니다.

(3) x = \(0.\mathop a\limits^ \bullet  \mathop b\limits^ \bullet  \) 라 놓고, 똑 같은 꼬리를 만들려면, 양변에 100 을 곱해 주면
     되겠지요? a b 는 한 자리의 자연수이지만, 십의 자리인 a
     숫자와 똑같이 표현하면 안되겠지요?
x =  \(0.\mathop a\limits^ \bullet  \mathop b\limits^ \bullet  \)                 
100 x = 10a + b + \(0.\mathop a\limits^ \bullet  \mathop b\limits^ \bullet  \)  

(4) 이제, [똑같은 꼬리를 자르는 기법]으로, 큰 값에서 작은 값을 빼주면,
 ② ‐ ①[ 가감법 ]
 99 x = 10a + b    따라서\(x = \frac{{10a + b}}{{99}}\)

(5) 마찬가지로, \(0.\mathop b\limits^ \bullet  \mathop a\limits^ \bullet   = \frac{{10b + a}}{{99}}\) 이고, \(0.\mathop 4\limits^ \bullet   = \frac{4}{9}\) 이니까,
      식을 정리하면, \(\frac{{10a + b}}{{99}} + \frac{{10b + a}}{{99}} = \frac{4}{9}\) 이므로,
        a + b = 4

(6) 그런데, a b 는 한자리의 자연수이고, a < b 라 했으니까,
      답은  (a, b) = (1, 3)



마지막으로, 문자로 표시된 순환소수 \(a.b\mathop c\limits^ \bullet  \mathop d\limits^ \bullet  \) [똑같은 꼬리 자르기] 기법을 활용해서 분수로 나타내 볼까요?

(1) x = \(a.b\mathop c\limits^ \bullet  \mathop d\limits^ \bullet  \) 라 놓고, 똑 같은 꼬리를 만들려면, x = \(a.b\mathop c\limits^ \bullet  \mathop d\limits^ \bullet  \)  놓은
      식이 아니라, 양변에 10 을 곱한 식과 1000 을 곱한 식
      있어야 하겠지요?

(2) , 앞에서 배운 대로, 정수부분의 자릿수는 주의를 해서 십의 자리나
      백의 자리의 문자 등은 숫자와 똑같이 표현하면 안되지요?
10 x = 10a + b + \(0.\mathop c\limits^ \bullet  \mathop d\limits^ \bullet  \)                            
1000 x = 1000a + 100b + 10c + d\(0.\mathop c\limits^ \bullet  \mathop d\limits^ \bullet  \)  

(3) [똑같은 꼬리를 자르는 기법]으로, 큰 값에서 작은 값을 빼주면,
 ② ‐ ①[ 가감법 ]
 990 x = 990a + 99b + 10c + d
 따라서,  x\(\frac{{990a + 99b + 10c + d}}{{{\rm{ }}990{\rm{ }}}}\)



이 결과를 한 번, 외우고 있는 공식에 대입해서 확인해 보도록 할까요?

(1) 공식에 그대로 대입하면, 소수점 아래에서 순환마디의 개수가 2,
      순환마디에 포함되지 않는 숫자가 1개이니까, 분모는 990

(2) 이제, 분자는 그대로 표현하면, abcd ab 이지만, 문자로 표시된
      경우에는 앞에서 배운 대로, 정수부분의 자릿수는 주의를 해서,
      백의 자리의 문자 등은 숫자같이 그대로 표현하면 안되지요?

(3) 따라서, 분자는 (1000a + 100b + 10c + d) (10a + b) 이니까,
      계산하면, 990a + 99b + 10c + d
      
앞에서 공부한 [똑같은 꼬리를 자르는 기법]의 결과와 똑같지요?




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