레이블이 배수인 게시물을 표시합니다. 모든 게시물 표시
레이블이 배수인 게시물을 표시합니다. 모든 게시물 표시

약수와 배수(4) 유클리드 호제법



  
유클리드 호제법
Euclidean algorithm


"나머지가 0 이 될 때, 최대공약수가 보여요"
" GCD will be found when the remainder becomes 0 "







유클리드의 호제법은 일반적으로 두 자연수 사이의 최대공약수를 찾아내는 알고리즘 기법입니다.

표준교과의 범위를 벗어 나는 내용입니다만소인수로 분해하는 방법보다 빠르고 편리하기 때문에 중, 상위 수준의 학생들이라면 알아 두면 아주 편리하고 빠르게 계산해 낼 수 있습니다.


두 자연수의 나눗셈을 하고 남은 나머지에는그 두 수의 최대공약수가 인수로 들어 있다는 원리를 활용하는 개념으로, 심화 수준의 문제 유형에서 그 원리나 응용 개념들이 종종 출제되므로보충 설명의 성격으로 게재합니다.

이 유클리드의 기법은 두 정수나 두 다항식의 경우에도 그대로 적용되니상위권 학생들은 개념과 원리를 정확히 이해하고응용력도 키워두면 좋습니다.






               






이번에는두 자연수를 소인수로 분해하지 않고도최대공약수를 쉽게 구해 낼 수 있는 '유클리드 호제법을 알아 보도록 할까요?



우선, 198 과 120 의 최대공약수를 유클리드 호제법으로 구하는 요령을 단계별로 설명한 다음에 그 원리를 알아 보도록 하지요.


(1) 큰 수를 작은 수로 나누어 몫과 나머지를 구한 후에아래와 같이 식으로 적어 놓습니다.

198 = 120 x 1 + 78


(2) 이번에는나누었던 수 120 을 나머지인 78 로 나누고 나서같은 방법으로 식을 적어 넣습니다.

120 = 78 x 1 + 42


(3) 같은 계산과정을 반복해서최종 나머지가 이 될 때까지 계속합니다.

78 = 42 x 1 + 36

42 = 36 x 1 + 6

36 = 6 x 6 + 0


(4) 나머지가 이 되었을 때의 나누는 수 (또는 그 직전 계산식의 나머지인 
     두 수의 최대공약수입니다.






그러면, 도대체 어떤 원리로 최대공약수라고 할 수 있는 것인지, 유클리드 호제법의 원리를 알아 보도록 할까요?



(1) 앞에서를 로 나누면식으로는 아래와 같이 표현한다고 배웠지요?

A = B Q + R



(2) 여기서A 와 의 최대공약수를 라고 하면A = G 그리고 B = b x G 라 놓을 수 있으니까위의 식에다 이를 대입을 하고 나서나머지 에 관해서 정리하면,

G = b Q + R

R = a – Q

= G x (– Q)


∴   R = x k



(3) 나머지 도 최대공약수 의 배수가 된다는 뜻이 됩니다.





2400 년 전에 유클리드가 발견한 이 의미를 식으로 정리해 볼까요?



 A = B x Q + R 이라  , A, B  최대공약수는나누는   나머지 
 최대공약수와 같다.

(AB) = (BR) 







위에서 풀어 보았던 똑같은 문제를 도형의 문제로 바꾸어서 살펴보도록 할까요?



 198 x 120  직사각형의 바닥을정사각형의 타일로 채우려고 한다최소의 타일을
 사용하려면정사각형 한변의 길이를 얼마로 해야 하는가?






(1) 유클리드 호제법을 정사각형들로 이루어진 도형으로 나타내면 아래의 그림과 같습니다.



(2) 위 그림에서 가장 큰 직사각형이 가로가 198, 세로가 120 인 바닥의 크기를 나타냅니다.
     따라서첫 번째의 빨간색 정사각형 한 변의 길이는 120 입니다.


(3) 이번에는 가로의 남는 변을 남은 길이인 78 의 파란색 정사각형으로 채워 나가고,
     다음은 남는 세로 길이인 42 의 초록색 정사가형으로 채우고 ...


(4) 이 과정을 계속해 나가면, 위의 그림에서와 같이 마지막으로 주황색의 가장 작은
     개의 정사각형으로 채워지게 됩니다이 때의 마지막 정사각형 한 변의 길이인
     이 최대공약수입니다.





마지막으로연습문제를 하나 풀어 보도록 할까요?


두 자연수 16082 와 4902 의 최대공약수를 구하여라.





두 수가 짝수라는 것 외에는쉽게 소인수를 찾아 분해해 내기가 어렵지요

이 때에는 [유클리드 호제법을 사용하면 쉽습니다.




(1) 큰 수 16082 를 4902 로 나눈다.

16082 = 4902 x 3 + 1376



(2) 유클리드 호제법의 원리에 따라(16082, 4902) = (4902, 1376) = ... 
     성립한다고 했으니까다시 4902 를 1376으로 나눈다.

4902 = 1376 x 3 + 774



(4) 나누어 떨어질 때까지같은 방법으로 계속해서 계산해 나가면,


1376 = 774 x 1 + 602

774 = 602 x 1 + 172

602 = 172 x 3 + 86

172 = 86 x 2 + 0



(5) 유클리드 호제법의 원리에 따라서최대공약수는 86.


(16082, 4902)

(4902, 1376)


(172, 86)

= 86






이 방법은 다항식들의 최대공약수(식)를 구할 때에도 사용됩니다.

뒤의 [다항식의 약수와 배수] 단원에서 공부하도록 합니다.








약수와 배수(2) 배수 판별법




배수 판별법
divisibility rules


"계산력 향상과 수개념 발달에 꼭 필요해요"
essential tools for enhancing computational efficiency
& building number sense "









배수 판별법은 어떤 수가, 간단한 자연수의 배수가 되는지 여부를 알아 내는 방법입니다.

주어진 수가 어떤 수의 배수인지를 알아 낸다면숫자가 주어지는 계산에서 인수 또는 약수를 찾기가 쉬워서간단히 공약수로 묶거나, 약분으로 쉽게 답을 구할 수가 있습니다.

배수 판별법을 이용하면쉽고 편리하게 암산도 할 수 있고어려운 숫자계산도 빠르고 정확하게 해 낼 수가 있습니다. 계산능력만 우수해도중고등 수학이 훨씬 쉬워지고 실수를 크게 줄일 수 있지요.

뿐만 아니라배수를 판별하는 원리와 개념을 정확하게 이해해 두면배수를 응용하는 어려운 심화문제도 충분히 해결해 낼 수가 있습니다.





               





[ A ] 10의 약수와 배수를 이용하는 방법


184562의 배수라는 것을 쉽게 알 수 있지요?

일의 자리의 숫자가 짝수라는 사실만 가지고 어떻게 빨리 알아낼 수 있는 것일까요? 어떤 원리가 숨어 있는 것인지 알아 볼까요?


(1) 18456 = 1845 * 10 + 6 인데, 10의 배수는 항상 2의 배수이니까,

(2) 1845 *10은 당연히 2의 배수이고, 나머지 일의 자리수인 62의 배수이면,

(3) 원래의 수 184562의 배수가 되겠지요?




그러면, 184564의 배수도 될까요?


같은 원리로, 10² = 100은 항상 4의 배수라는 것을 이용하면 됩니다.


(1) 18456 = 184 * 100 + 56인데, 100의 배수는 항상 4의 배수이니까,

(2) 184 * 100은 당연히 4의 배수이고, 나머지 564의 배수이면,

(3) 원래의 수 184564의 배수가 되겠지요?




이번에도 같은 원리를 계속 확장시켜 볼까요? 그러면, 184568의 배수도 될까요?


(1) 10³ = 1000은 항상 8의 배수라는 것을 이용하면,

(2) 18456 = 18 * 1000 + 456인데, 1000의 배수는 항상 8의 배수니까,

(3) 18 * 1000은 당연히 8의 배수이고, 나머지 4568의 배수이면

(4) 원래의 수 184568의 배수가 되겠지요?





이번에는, 이 원리를 약간 변형시켜서 살펴보도록 할까요?


(1) 10을 소인수로 분해하면, 10 = 2 * 5.

(2) 따라서, 10은 당연히 2의 배수일 뿐만 아니라5의 배수이기도 하니까,


(3) 
이 원리를 응용하면, 739155의 배수라는 것을 쉽게 알 수 있겠지요?




(4) 또, 소인수로 분해하면, 10³ = 2³ * 5³

(5) 따라서, 1000은 당연히 8의 배수일 뿐만 아니라125의 배수이기도 하니까,

(6) 이 원리를 응용하면,  93754278125125의 배수라는 것도 쉽게 알 수 있습니다.





[ B ] 각 자리수의 합을 이용하는 방법


213813의 배수일까요? 어떤 원리로 쉽게 알아낼 수 있을까요?


10 = 3² + 1 = 9 + 1,

100 = 3² * 11 + 1 = 99 + 1,

1000 = 3² * 111 + 1 = 999 + 1, ⋯ 


이 원리를 활용하면 아주 쉽고 재미있게 알아낼 수 있습니다.


한번 볼까요?



24381 = 2 * (9999 + 1) + 4 * (999 + 1)
             + 3 * (99 + 1) + 8 * (9 + 1) + 1


(1) 2 * 9999 + 4 * 999 + 3 * 99 + 8 * 9 9 (= 3²)  배수이니까,


(2) 나머지 2 + 4 + 3 + 8 + 13의 배수라면,

(3) 전체 숫자가 3의 배수가 되겠지요?



이 원리가 이해되었다면213819의 배수인지 아닌지를, 금방 알아낼 수 있겠지요?
아래의 확인 문제를 스스로 풀어 보기 바랍니다.





[ C ] 교집합의 개념을 이용하는 방법


4728 의 배수일까요?

이번에는 6 = 2 * 이니까의 배수는 [2의 배수 그리고() 3의 배수]라는 교집합의 원리를 이용합니다.


(1) 4728 의 일의 자리수가 짝수이고,

(2) 4 + 7 + 2 + 8 = 21.  ,  의 배수이니까,

(3) 위의 두 조건을 동시에() 만족하니까, 의 배수가 맞지요?




그러면, 472812 의 배수일까요?

앞에서 설명한 원리를 이용해서, 주관식 서술형으로 그 풀이과정과 답을 스스로 풀어 보기 바랍니다.



그러면 배운 내용을 표로 정리해 볼까요?


         
2의 배수
일의 자리수가 2의 배수
3의 배수
각 자리수의 합이 3의 배수
4의 배수
끝의 두 자리수가 4의 배수
5의 배수
일의 자리수가 5의 배수
6의 배수
짝수이고 동시에() 3의 배수
7의 배수
밑의 설명 참조
8의 배수
끝의 세 자리수가 8의 배수
9의 배수
각 자리수의 합이 9의 배수







이 외의 방법들은 원리가 다소 복잡하고, 공식이라 하기에는 활용도가 낮으니, 참고로만 알아 두기 바랍니다.



[ D ] 기타의 방법 ( 1001 = 7 Χ 11 Χ 13을 이용 )

예를 들어 123123이라는 숫자를 한번 볼까요? 마치 순환소수가 반복되는 것과 같은 구조이지요?

(1) 123123 = 1001 Χ 100 Χ 1 + 1001 Χ 10 Χ 2 + 1001 Χ 3

(2) 따라서, 전체 숫자가 1001의 배수로 표현되니까,

(3) 1231237 또는 11 또는 13의 배수.






[ E ] Pohlman-Mass 판별법

이번에는163527의 배수인지, Pohlman-Mass 판별법을 추가로 이용하는 방법에 대해서 알아 볼까요?

이 방법은 만일, ab , 10a + 7의 배수라면, a – 2도 7의 배수가 된다는 성질을 이용하는 것입니다.


──────────────────────────
 10 a + b = 7라 놓으면,

 (a – 2b) Χ 10 = 10 a + b – 21b = 7k – 7 Χ 3b가 되므로,
 (a – 2b) Χ 10 7의 배수.

 그런데, 10 7은 서로 소이므로, a – 2b 7의 배수.
──────────────────────────


(1) 16352에 대하여, Pohlman-Mass 판별법을 그대로 적용한다면,
      1635 – 2 Χ 2 = 1631
       163 – 2 Χ 1 = 161
       16 – 2 Χ 1 = 14는 7의 배수



이번에는, 조금 더 영리하게 [ D ] 와 [ E ] 방법을 종합해서, 활용해 볼까요? 


(2) 16352에서 7의 배수가 되는 
1001의 배수인, 16016을 우선 빼주고 나서,

(3) 남는 1000 이하의 숫자에 대해서만, Pohlman-Mass 판별법을 적용해 볼까요?
       16352 – 16016 = 336

(4) 이제의 배수를 빼주고 남은 숫자 33은 33 – 2 Χ 6 = 21 이 되므로,
      Pohlman-Mass 판별법으로 의 배수
   
(5) 따라서, 원래의 수인 16352 = 16016 + 336 은 의 배수 + 의 배수이므로,
      16352 는 의 배수입니다.




그러면 기본개념을 이해했는지 확인해 보기 위해서,
다음 문제들을 한번 풀어 볼까요?
  
──────────────────────
 21381 의 배수일까요?

 주관식 서술형으로 풀이과정을 상세히 쓰세요.
──────────────────────



──────────────────────
 484728 24 의 배수일까요?

 주관식 서술형으로 풀이과정을 상세히 쓰세요.
──────────────────────






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....