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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.








유리수(3) 유한소수와 순환소수




소수를 분수로
converting decimals to fractions


"순환소수는 [똑같은 꼬리자르기] 기법으로
쉽게 분수로 바꿀 수 있어"
" conversion becomes much easier by using [same tail] technique "








유한소수와 순환하는 무한소수는 기약분수인 유리수와 관련되어중고등수학 전반에서 응용되는 유형으로 자주 출제 됩니다.

특히유한소수가 되기 위한 기약분수의 조건 등은 정수와 관련된 심화유형 문제로 연계되어 자주 출제되니개념을 철저하게 이해하고 응용력을 키워 두어야 합니다.

또한순환하는 무한소수를 분수로 바꾸는 [똑같은 꼬리 자르기] 기법은분수식과 무리식에서도 활용되는 기본적이면서도 중요한 방법이니까반드시 기본개념을 확실하게 익혀 두기 바랍니다.







               






[ A ] 유한소수


0.273 과 같이 소수점 이하에 이 아닌 숫자가 끝이 있는 소수를 유한소수라 합니다.

0.273 = 273 / 10³ = 273 / 1000 과 같이 유한소수는 소수점 이하에 이 아닌 숫자의 개수만큼분모에 10 의 거듭제곱을 해서분수로 나타낼 수 있으므로 유리수입니다.

이 때그 분수의 분모는 10 의 거듭제곱이니까약분을 해서 기약분수가 되었더라도항상 와 만의 소인수로 이루어져 있습니다.





이번에는 이 개념을 역으로 적용해서 앞에서 배웠던 유한소수 판별방법을 복습해 볼까요?


13 / 20 = 13 / (2 x 2 x 5)  같이어떤 기약분수의 분모가 와 만의 소인수로 이루어져 있다면그 분수는 소수형태로 바꾸었을 때항상 유한소수가 됩니다.

왜냐하면
13 / (2 x 2 x 5) 의 분모에 부족한 나 의 개수만큼을 곱해 준다면, 아래와 같이 분모를 항상 10 의 거듭제곱으로 만들어서, 소수(decimals)로 나타낼 수 있기 때문이지요.

분수(fraction)  13 / 20   = 13 / (2 x 2 x 5)

                                                 = (13 x 5 x 5 x 2) / (2 x 2 x 5 x 5 x 5 x 2) 

                                                 = 650 / (10 x 10 x 10)

                                                 = 0.65    소수(decimal fraction)




또 하나예를 들어 볼까요?

분수(fraction)  69 / 150   = 69 / (2 x 3 x 5 x 5)

                                                   = (23 x 3) / (2 x 3 x 5 x 5) 

                                                   = 23 / (2 x 5 x 5)    기약분수(reduced fraction)

                                                   = (23 x 5 x 2 x 2) / (2 x 5 x 5 x 5 x 2 x 2) 

                                                   = 460 / (10 x 10 x 10)

                                                   = 0.46    소수(decimal fraction)


위와 같이 분모에 나 가 아닌 숫자 이 들어 있다 하더라도약분한 후에 최종 정리된 기약분수의 분모가와 만의 소인수로 이루어져 있다면, 유한소수로 나타낼 수 있습니다.





[ B ] 순환하는 무한소수


그렇다면만일 기약분수의 분모에 2 또는 5 이외에 다른 숫자가 있다면이 분수는 유한소수가 될 수 있을까요?

분모에 2 또는 5 의 배수가 아닌 다른 소수들이 있는 경우를 볼까요?


1 / 3 = 0.333
 = 0.3*

1 / 7 = 0.142857142857 = 0.1*42857*

1 / 11 = 0.090909
 = 0.0
*9*

1 / 13 = 0.076923076923 = 0.0*76923*



등과 같이모두 순환하는 무한소수가 됩니다진위 문제에서 자주 등장하지만순환하는 무한소수 유리수이고, π = 3.14159 와 같이 순환하지 않는 무한소수는 무리수라는 것을 반드시 기억해 두기 바랍니다.



 

순환하는 무한소수(순환소수)는 유리수이기 때문에언제나 기약분수로 나타낼 수 있습니다그러면 순환소수 분수로 나타내는 방법에 대해서 알아 보도록 하지요.


아주 쉽고도 유명한[똑같은 꼬리 자르기기법입니다가장 기본적이면서 중요한 방법이니까반드시 기억해 두고 활용하기 바랍니다.




예를 들어, 0.424242 = 0.4*2* 를 분수로 나타내 볼까요?


(1) 주어진 순환소수를 라고 놓습니다.

x = 0.424242          ⋯ 



(2) 꼬리가 같아지도록순환마디의 개수만큼 10 의 거듭제곱을 곱해줍니다.

100 x = 42.424242       ⋯ 



(3) [같은 꼬리를 자르는 기법으로큰 값에서 작은 값을 빼주면,

   :  가감법 ]

100 x = 42

  x = 42 / 100 = 21 / 50





이번에는 0.821212 을 기약분수로 바꿔 볼까요?


(1) 주어진 순환소수를 라고 놓습니다.

x = 0.8212121       ⋯ 



(2) 꼬리가 같아지도록순환마디의 개수만큼 10 의 거듭제곱을 각각 곱해줍니다.

10 x = 8.212121              ⋯ 
1000 x = 821.212121      ⋯ 



(3) [같은 꼬리를 자르는 기법으로큰 값에서 작은 값을 빼주면,

   :  가감법 ]

990 x = 821 – 8 = 813

  x = 813 / 990 = 271 / 330






[ C ] 
순환하는 무한소수를 분수로 고치는 공식


앞에서 배운 내용을문자로 일반화시켜 공식으로 정리하도록 할까요?

다만, 아래의 공식은 시험 직전에문제를 빨리 풀기 위해 참고하는 정도로만 활용하세요.

평소에는 가급적 [똑같은 꼬리 자르기방법을 이용해서 문제를 풀어야 응용력이 좋아집니다.



a.bx
*y*= (abxy - ab) / 990




(1) 분모에는소수점 이하에서순환마디 x*y*의 개수만큼 9를 쓰고나머지 순환마디가 아닌 b의 개수만큼 9 다음에 이어서 0 을 적는다.


(2) 분자에는소수점을 무시하고 전체 숫자 'abxy' 에서 순환마디가 아닌 숫자 'ab'  뺀 수를 적어 넣는다.


(3) 이제만들어진 분수를 약분하여 기약분수로 만든다.





공식을 적용하는 예를 보도록 할까요?


(1) 순환소수 3.8212121 = 3.82*1* 를 공식에 적용하면,


(3821 - 38) / 990

= 3783 / 990

= 1261 / 330



(2) 또는 간편하게 3.8212121 = 3 + 0.8212121 ... 로 바꾸면,

3 + 0.82*1* 

= 3 + (821 - 8) / 990

= 3 + 271 / 330

= 1261 / 330









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....