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직선의 방정식(6) 수직인 직선의 기울기




수직인 직선의 기울기
slope of perpendicular lines


"수직인 두 직선의 기울기 곱은 -1"
" slopes of perpendicular lines are
negative reciprocals "



  




수직인 두 직선의 기울기를 서로 곱하면왜 항상 – 1 이 성립하는지에 대한 질문이 있어이에 대한 보충 설명을 하도록 합니다.

고등 수학의 이과 과정까지 공부를 한 학생이라면아래의 방법 등으로 간단하게 증명할 수 있습니다.

(a) 행렬을 이용한 90˚ 회전 변환 (rotation matrix)

(b) 삼각함수의 덧셈정리를 활용한 tan (α – β) = π / 2 (formula for the difference of tangents)

(c) 벡터의 내적을 이용한A • B = |A| |B| cos θ = 0 (inner product of vectors)


그러나일반적인 중학생 또는 문과 고등학생의 수준에 맞도록, (1) 도형기하 (synthetic geometry)  (2) 해석기하 (coordinate geometry)  2 가지 증명 방법만으로 설명하고자 합니다.

물론기하를 이용한 증명 과정의 설명이 더 복잡하고 지루할 수도 있습니다만, ' 좌표평면에서의 계산' 을 이용하는 해석기하의 방법은고등수학에서 배우는 내용이니까응용력의 향상을 위해서라도 철저하게 기본개념과 해결과정을 이해해 두기 바랍니다.






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 [ A ] 도형 기하 (synthetic geometry) 의 방법


직선을 평행 이동시켜도 그 기울기는 변하지 않으니까원점을 지나면서 기울기가 서로 수직인 두 직선으로 예를 들어서두 기울기의 곱 = – 1 이라는 것을 증명하더라도일반성을 훼손하지 않겠지요?

그러면아래의 그림에서 원점을 지나는 빨간색과 파란색의 두 직선을 가지고 설명합니다.



(1) 아래의 그래프와 같이 파란 직선 위의 한 점 를 잡고 이 점에서 축으로 수선을 내려 수선의 발을 라 합니다.


(2) 이번에는빨간색 직선 위에 OB OE 가 되도록 점 를 잡습니다점 에서 축으로 수선을 내려 수선의 발을 라고 합니다.







(3) 위 그림에서 보이는파란색과 빨간색의 두 직각삼각형 ΔOAB 와 ΔODE 는 서로 합동 즉기호로는 ΔOAB ≡ ΔODE 입니다왜냐하면아래와 같이 직각삼각형의 [RHA] 합동조건 혹은 삼각형의 [AAS] 합동조건이 성립하기 때문입니다.


(a) 수선을 내렸으니까A = D = R = 90˚
  Right angle (or Angle)

(b) 처음부터 길이가 같도록 잡았으니까OB = OE
  Hypotenuse (or Side)

(c) EOD +DOB = DOB + BOA = R = 90˚ 이므로EOD = BOA
  Angle

♧ 참고로 우리나라에서는 직각삼각형의 [RHA] 합동조건을 사용하고 있지만대부분의 영어권 국가에서는 삼각형의 [AAS] 합동조건의 방법으로 가르치고 있습니다.



(4) 두 직각 삼각형은 서로 합동이니까AB DE 이고 OA OD 가 됩니다.



(5) 여기서파란색 직선의 기울기는 AB ÷ OA 이고파란색 직선의 기울기는 DE ÷ (– OD이므로두 직선의 기울기를 서로 곱하면 – 1 이 됩니다.


(AB ÷ OA) x {OD ÷ (–DE)}

= (AB ÷ OA) x {OA ÷ (–AB)}

= – 1






[ B ] 해석 기하 (coordinate geometry) 의 방법


직선을 평행 이동시켜도 그 기울기는 변하지 않으니까앞에서와 같이원점을 지나는 빨간색과 파란색의 두 직선을 가지고 설명합니다.



해석기하에서는 상대적으로 계산이 복잡해지기 때문에일반성을 훼손하지 않는 범위내에서 최소의 미지수를 사용해야 좋습니다.



(1) 아래 그림에서 파란색 직선의 기울기를 k빨간 직선의 기울기를 이라 정하고x 축 위에 두 점 = (a, 0) 와 = (b, 0) 를 잡습니다.







(2) 그리고  C에서 검은색 점선으로 표시된 수선을 올려서, 만나는 파란 직선 위의 점을 그리고 빨간색 직선 위에 점을 라고 하면,


(3) 직선 위에 있는 점들은 직선식을 만족해야 하니까문자로 된 기울기의 값을 적용하면= (aka그리고 = (bmb라고 놓을 수 있겠지요?


문자로 정하는 것이니까좌표나 기울기의 부호 (+/–) 와 전혀 상관이 없다는 점에 유의하세요.



(4) 각 점들의 좌표를 대입하여직각삼각형 세변의 길이를 구하면,


OA2 = a2 + (ka)2

OB2 = b2 + (mb)2

AB2 = ( b)2 + (ka – mb)2



(5) 이제위 그림에서 보라색의 칠해진 ΔOAB 를 보면 직각삼각형이니까, [피타고라스의 정리를 적용하면,

OA2 OB2 = AB2 

a2 + (ka)2 + b2 + (mb)= ( b)2 + (ka – mb)2

0 = – 2ab – 2kamb

= – 2ab (1 + km)



(5) 그런데위 식에서 도  0 이 아니니까km = – 1두 기울기의 곱은 – 1.





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영어번역을 함께 보시려면, 아래의 링크를 눌러주세요.

Please click the following link
to read English translation.


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원과 접선 및 할선 Solution 716227



Solution 716227








     위의 소제목에 링크된 페이지의 설명대로, 삼각형 내각의 이등분선 정리는 혼합
     된 유형의 형태로 자주 등장하니, 철저하게 이해하고 반드시 그 내용을 잘 기억해
     두시기 바랍니다.

     * 링크된 내각의 이등분선 그림에서 변 AB : 변 AC  = 변 BD : 변 DC



     Quiz 3532 문제의 그림에서 각의 이등분선이 주어졌으니까, 선분들 간의 비율을
      알아낼 수 있겠지요?


     위의 1번 소제목에 링크된 페이지에서 설명되어 있는 대로, 선분 PA : PB 
      비율은 선분 QA : QB 의 비율과 같아요.


      그렇다면, 선분 PA : PB 의 비율은 어떻게 알아낼 수 있을까요?







     위의 2번 소제목에 링크된 설명은 줄임말로 (접현각 정리) 라고 알려져 있는
     '원과 각'의 단원에서 배우는 아주 중요한 내용이지요.


    이제, 원의 접선과 현이 이루는 각그 현에 대한 원주각은 서로 같다는 뜻인
    줄임말로 (접현각 정리)를 잘 이해하고 기억해 두기를 바랍니다.







    위의 2번 소제목에 링크된 설명을 읽고, 삼각형의 세 가지 닮음조건인 SSS, SAS
    그리고 AA 닮음을 잘 이해하셨나요?



    (1) 바로 위의 2번 설명(접현각 정리) 따라서, PAC 와 PBA 가 서로 같고
    (2) 주어진 문제의 조건에서 APD 와 BPQ 가 서로 같으므로,
    ΔPCA 와 ΔPAB 는 즉 대응각 두 개가 서로 같은 [AA 닮음]이 되지요.



   이제 서로  닮은 이 두 삼각형에서, 대응변을 살펴보면 선분 PA : PB 의 비율은
   선분 CA : AB 의 비율과 같으므로 = 10 cm : 15 cm = 2 : 3


    따라서, 선분 AQ : QB 의 비율도 2 : 3 이므로 선분 AQ 의 길이는
    15 (cm) * 2 / (2 + 3) = 6 (cm)
 
 





               







Answer  716227

  6 cm






원과 접선 및 할선 Quiz 716227



Geometry Quiz 716227











               









Hint 1 " 각의 이등분선은 왜 주어진 것일까요? "



Hint 2 " 선분 PA : PB 의 비율을 알아낼 수 있을까요?"









               

















두 직선의 위치관계 Solution 12131

Solution  1 2131 1. 각기둥의 높이     두 면(밑면)이 서로 평행하고 합동인 다각형으로 이루어진 입체도형을 각기둥이라고 합니다.      밑면이 삼각형이면 삼각기둥 이라고 하 고,  두 밑면 사이의 (최단)거리를 높이 라고 하지요....