2022년 6월 30일 목요일

직선의 방정식(5) 여러가지 직선의 방정식




직선의 방정식
linear equations & function graphs

"x축과 수직인 직선의 방정식은 일차함수가 아니예요"
" the equation of line that is perpendicular to x-axis
is not a linear function "







일차식을 그래프로 나타내면 직선이 되고직선의 그래프를 식으로 나타내면 일차식이 되니까함수 방정식과 그 그래프는 마치 동전의 양면과 같다는 아주 중요한 개념입니다.

그러나 모든 직선의 방정식을 일차함수식으로 표현해 낼 수 있는 것은 아닙니다.

가장 기초적인 정비례의 그래프를 충분히 익혔다면[절편 표시방법], [()함수 표시방법] 등 다양한 방법들도 알아 두어야중고등수학 전반에서 응용력을 가지고 문제를 해결해 나갈 수 있습니다.

이번 단원 역시 중요한 개념이니철저히 공부해서 응용력을 키워 두기 바랍니다.




               




직선의 방정식을 그래프로 나타내거나, 직선의 그래프를 일차식으로 바꾸는 방법은 여러 가지가 있습니다앞에서 배운일차함수와 그래프를 복습해 볼까요?


일차함수 y = mx + n 의 그래프를 배웠습니다. 그러면, 이 일차식 만으로 좌표평면 위에 모든 직선을 나타낼 수 있을까요?

기울기 에 따라, 수많은 여러 가지 직선을 나타낼 수 있지만, 단 한 가지, x 축에 수직인 직선은 그릴 수가 없습니다.



지난 번에 풀어보기 확인 문제였던 x = 2 의 그래프를 볼까요?





일차식 y = mx + n 의 표현 방법으로는, 항을 없앨 수가 없기 때문에, 항이 없는 x = 2 라는 직선의 방정식을 나타낼 수가 없지요.

축에 수직인 직선을 포함하는, 모든 직선을 나타내기 위하여는, 미지수를 하나 더 추가하는 새로운 일차 함수식이 필요합니다.


따라서, 고등수학에서는 일반화된 표현방법인 ax + by + c = 0를 더 많이 사용합니다. 여기에서, b = 이면  항만 남게 되니까, 축에 수직인 직선을 나타낼 수가 있지요.

물론, b 일 때, 이 식의 양변을 나눈 다음 관하여 정리하면,
by  – ax – c  즉, – (a / b) x – (c / b가 되니까,
기울기 – (a / b이고, 절편 – (c / b라고 할 수 있겠지요?




[ A ] 음함수 표시 방법

 y = mx + n 와 같이,  y = f (x의 꼴로 나타내는 것을 (+)함수 표시 방법이라 하고,

 ax + by + c = 0 와 같이,  f (x, y) = 0 의 꼴로 나타내는 것을 ()함수 표시 방법이라 부릅니다.

일반화된 일차함수 ax + by + c = 0 을 그래프로 그리는 방법도위에서 설명한 양(+)함수 표시 방법으로 바꾸면,

기울기가 – (a / b이고, 절편은 – (c / b) 가 되니까, 앞의 일차함수와 그래프 편에서 배웠던, y = mx + n 을 그리는 요령과 똑같겠지요?



이번에도 문자를 써서, 요약 정리를 해 볼까요?

(1) b 일 때, 우선 절편 (0, c/b) 를 찍고,

(2) 기울기a / b 로 해석해서절편을 찍은 점에서 [(분모인) 오른쪽으로 ] 움직일 때, [(분자인) 위 또는 아래로 움직인 새로운 점을 찍은 다음,

(3) 두 점을 연결하는 직선을 한 번에 그리면 됩니다.

(4)  b = 일 때, x =  – (c / a)이니까, 축 위의 점 (c/a, 0) 지나고, 축에 수직인 직선을 그리면 되겠지요?





[ B ] 두 점을 지나는 직선

이제, 두 점  A = (3, 2) 와  B = (6, 5) 을 지나는 직선의 방정식에 대해서 알아 볼까요?


(1) 기울기는 아래 그림에서 초록색 점선으로 표시된 것과 같이 [오른쪽으로 9] 갈 때, [위로 3] 갔으니까, (+3) / (+9) = 1/3



(2) 원점을 지나고 기울기가 1/3 인 직선의 방정식은위 그림에서 검은색 직선인
      y = (1/3)x 인데,

(3) 파란색 직선은 검은색선 위의 원점을  B = (6, 5) 까지 평행이동시킨 것과 같으니까,
     x 대신에 x – 6을 대입하고, y 대신에 y – 5 를 대입하면,

y – 5 = (x – 6)

정리하면  y = x + 3



위의 내용을 문자로 정리해 볼까요?

두 점 A = (x1y1과 B = (x2y2)를 지나는 직선의 방정식을 구하면,

(1) [오른쪽으로 | x2 – x1 | ] 갈 때, [위로 y2 – y1 움직이니까,
      기울기는 (y2 – y1) / (x2 – x1)  또는 (y2 – y1)(x2 – x1
 
(2) 원점을 지나고 기울기가 같은 직선은y = {(y2 – y1) / (x2 – x1)x 인데,

(3) 이 직선 위의 원점을 A = (x1y1까지 평행이동시킨 것과 같으니까
      대신에 (x – x1)을 대입하고 대신에 (y – y1)을 대입하면,

(y – y1= {(y2 – y1) / (x2 – x1)}(x – x1)


(4) 참고로, 원리가 같으니까, 정리해 보면 아래의 식들도 실제로 전부 똑같습니다.
     계산하기 편한 대로 골라서 쓰면 됩니다.

(y – y1= {(y2 – y1) / (x2 – x1)}(x – x1)

또는

(y – y2= {(y2 – y1) / (x2 – x1)}(x – x2)


또는

(y – y1= {(y1 – y2) / (x1 – x2)}(x – x1)

또는

(y – y2= {(y1 – y2) / (x1 – x2)}(x – x2)



이 내용을 공식으로 정리할까요?

반드시 암기해 두기 바랍니다.

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 두 점 A = (x1y1과 B = (x2y2)를 지나는 직선의 방정식,

 (y – y1= {(y2 – y1) / (x2 – x1)}(x – x1)
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[ C ] 절편 표시 방법

또 하나의 직선 방정식은 x, y 절편을 이용하는 방법입니다.  절편이 이고 절편이 일 때x / ay / b = 1 과 같은 형식으로 표현합니다.





위의 그림에서 파란색 직선과 같이, 절편이 이고 절편이 일 때,

 = 1 로 표현할 수 있겠지요?



그럼, 위의 그림에서 빨간색 직선의 식은 어떻게 될까요?

절편을 이용한 식으로 세우면, 절편이 – 2 이고 절편이 이니까,

 / (– 2)  = 1 되겠지요?


그대로 두어도 되고다시 정리한다면

 x – y + 2 = 0  또는  y = x + 2 라고 표현해도 됩니다.


이 방법에 대한 자세한 원리는, 뒤의 [그래프의 확대와 축소] 편에서 자세하게 설명하도록 하지요. 지금은 하나의 공식으로 기억해 두기 바랍니다.




그러면 확인 문제를 한번 풀어 볼까요?

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 두 점 (–1, 1) (2, 5) 를 지나는 직선과 평행하고
  절편이 인 직선의 방정식을 구하여라.
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Solution  2034 1.  평행선과 동위각, 엇각      위의  소제목에 링크된 페이지에서 설명하는 동위각과 엇각을 잘 이해하셨나요?       서로 다른 두 직선이 한 직선과 만날 때, 두 직선이 평행하면 동위각의 크기는 서로      같...