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.

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

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




[ 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?

───────────────────────────────────
 두 점 (–1, 1) (2, 5) 를 지나는 직선과 평행하고
  절편이 인 직선의 방정식을 구하여라.
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제곱근(8) 이중근호 풀어내기






이중근호 풀어내기
denesting nested radicals (1)


"이중근호를 풀어 간단하게 정리하면 계산하기도 쉽고 보기도 좋아요"
" denested simple radicals’re looking good & easy to calculate "







이중근호는 표준교과과정의 범위는 아니지만, 무리수를 계수로 갖는 이차방정식의 해를 구하거나 특수각이라 있는 sin15° 등의 삼각비를 구하는 때에 나타납니다.

가능한 경우에는 이중근호를 간단하게 정리하는 것이 일반적인 관행이므로 교과 외의 참고학습 정도로 익혀두면 좋을 듯 합니다.

앞의 제곱근의 성질에서 배웠던 (A²) = |A| 이용하는 것이므로 크게 어려운 내용은 아닙니다. 

참고로, 심화수준에서는 이차항이 없는 삼차방정식의 일반적인 근의 공식으로 구한 해를 간단히 하거나, 고차 유리함수의 적분식을 간단히 정리할 때 활용되기도 합니다.




               




이중근호를 가진 무리수 √(5 + 26)을 한번 관찰해 보도록 할까요?



제일 바깥쪽 루트기호 안의 값인 5 + 26을 자세히 살펴보면,

5 + 2= (3 + 2) + 2(3 * 2) 이니까,

제곱수의 형태라는 것을 알 수가 있습니다.



√(5 + 26)

√(3 + 26 + 2)

√{3 + 2√(3 * 2) + 2}

√{(3)2 + 2√(3 * 2) + (2)2}

√{(3)2 + 2 * √3 * 2 + (2)2}

(+ 2)2



여기서, 앞의 제곱근의 성질에서 배웠던 (A²) = |A| 이용하면

= 3 + 2로 이중근호를 풀어낼 수 있습니다.




이제, 5 = (3)2 + (2)2이고 √6 = 3 * √2라는 점을 기억하면서,
이 내용을 문자를 사용해서 일반화시켜 볼까요?

   {A B + 2√(A * B)}

√(√A2 B2 + 2 * √A * B)

(√A B)2

= | √A ( A > 0, B > 0 일 때 )





보기 문제를 하나 풀어 보도록 하지요.

√(7 + 2√10) = ?


이중근호 안의 무리수가

7 = 5 + 2 = (5)2 + (2)2이고 10 = 5 * 2이므로


 √(7 + 2√10)

√(5 + 2 + 2√10)

√{(5)2 + (2)2 + 2√(2 * 5)}

√{(5)2 + 2 * √5 * 2 + (2)2 }

(5 + 2)2

= | 
5 + |

= 5 + 2




이번에는 뺄셈이 있는 이중근호를 간단한 형태로 풀어내 보도록 할까요?

√(8 - 2√15) = ?



뺄셈이 있는 이중근호 안의 무리수 8 - 2√15 에서

8 = 3 + 5 = (3)2 + (5)2이고 15 = 3 * 5이므로,



 √(8 - 2√15)

√{(3 + 5) - 2√(3 * 5)}

√{
(3)2 + (5)2 - 2 * √3 * 5}

(3 - 5)2

= | 3 - | = 5 - 3


절대값은 항상 (+)이어야 하니까 풀이와 같이 맨 마지막 단계에서 절댓값을 풀어 답을 구할 때 실수가 없도록 주의해야겠지요? 자칫 방심하면 이중근호를 다 풀어 놓고도 마지막에3 - 5 라고 틀린 답을 구하게 됩니다.

따라서 이중근호를 풀 때는 덧셈이나 뺄셈에 관계없이 항상 큰 수가 앞에 그리고 작은 수가 뒤에 있도록 미리 순서를 정한 다음, 계산해 나가는 것이 실수를 줄이기 위한 팁입니다.




뺄셈이 있는 이중근호를 간단한 형태로 풀어낼 때 주의해야 할 점을 꼭 기억해 두도록, 비슷한 예제를 하나 더 풀어 보도록 하지요.

√(9 - 2√14) = ?



뺄셈이 있는 이중근호 안의 무리수 9 - 2√14 에서

9 = 2 + 7 = (2)2 + (7)2이고 14 = 2 7이므로,


 
   √(9 - 2√14) = ?

항상 큰 수가 앞에 그리고 작은 수가 뒤에 있도록 하는 것이 좋겠지요?

√{(7 + 2) - 2√(7 * 2)}   

√{
(7)2 + (2)2 - 2 * √7 * 2}

(7 - 2)2

= | 7 - | = √7 - √2




뺄셈의 경우도 문자를 사용해서 일반화시켜 볼까요?


   {A B - 2√(A * B)}

√(√A2 B2 - 2 * √A * B)

(√A B)2

=  ↱  √A | ( A > B > 0 일 때 )
    ↳  √B | ( B > A > 0 일 때 )








제곱근(9) 이중근호의 변형





이중근호의 변형
denesting nested radicals (2)


"이중근호를 풀어 간단하게 정리하면 계산하기도 쉽고 보기도 좋아요"
" denested simple radicals’re looking good & easy to calculate "







이중근호는 표준교과과정의 범위는 아니지만무리수를 계수로 갖는 이차방정식의 해를 구하거나  특수각이라   있는 sin15° 등의 삼각비를 구하는 때에 나타납니다.

가능한 경우에는 이중근호를 간단하게 정리하는 것이 일반적인 관행이므로 교과 외의 참고 학습 정도로 익혀두면 좋을 듯 합니다.

앞의 제곱근의 성질에서 배웠던 (A²) = |A|를 이용하는 것이므로 크게 어려운 내용은 아닙니다. 

참고로심화수준에서는 이차항이 없는 삼차방정식의 일반적인 근의 공식으로 구한 해를 간단히 하거나, 고차 유리함수의 적분식을 간단히 정리할 때 활용되기도 합니다.




               




이중근호 √(7 + 4√3) 의 경우를 자세히 살펴보도록 할까요?


안쪽에 있는 근호 앞에 2 만 남기고 남는 수를 근호 안으로 넣어 주면, 완전제곱식의 ‘2 * A * B’ 항이 숨어 있다는 것을 알 수가 있습니다. , 강제로 숫자를 움직여서 근호 앞의 숫자가 항상 2 가 되도록 변형함으로써 제곱식 또는 제곱수를 만드는 기법이지요.
 
(7 + 4√3)
 
(7 + 2 * 2(3) 

{7 + 2(2² * 3)}
 
{7 + 2(4 * 3)}
 
{(4 + 3) + 2(4 * 3)}
 

2 이외에 남는 수를 근호 안으로 넣어 주니까, 7 = 4 + 3 = (4)² + (3)²이고 2² * 3 = 4 * 3인 것이 보이지요?
 
따라서,

[{(4)² + (3)²} + 2(4 * 3)]
 
 = [{(4)² + (3)²} + 2 * 4 * 3]
 
 = {(4)² + 2 * 4 * 3 + (3)²}
 
 = {(4 + 3)²}
 
 = | 4 + 3  | 
 
 = | 2 + 3  | 
 
 =  2+
 
 
 
 
이번에는 조금 더 어려운 문제인 (2 - 3) = ? 를 풀어 보도록 할까요?
 
이 때에는 분모를 2 하는 분수꼴의 형태로 만들어서강제로 근호 앞의 숫자가 2가 되도록 변형하면 됩니다.
 
(2 - 3)
 
{(2 * 2 - 2 * 3) / 2 }
 
{(4 - 2 * 3) / 2 }
 

여기서, 분자부분을 자세히 보면 4 = 3 + 1 = (3)2 + (1)2이고, 3 = 3  1이라고 볼 수 있으니까, 완전제곱꼴의 형태로 변형이 가능하겠지요?
 
{(4 - 2 * 3) / 2 }
 
= [{(3 + 1) - 2 * (3 * 1)} / 2 ]
 
= [{(3)2 + (1)2 - 2 * 3 * 1} / 2 ]
 
= [{(3)2 - 2 * 3 * 1 + (1)2 } / 2 ]

{(3 - 1)2 / 2 }

{(3 - 1)2 / (2)2 }

= {(3 - 1) / √2 }2
 
= | (3 - 1) / 
|

 
이제, 양수(+)이니까 그대로 절대값을 풀고 나서 분모를 유리화 해주면 되겠지요?
 
= | (3 - 1) / 2 |

= (3 - 1) / 2
 
= {(3 – 1) * 2 } / (2 * 2)
 
= (6 - 2) / 2
 
 
 
 
그러면 이런 까다로운 형태의 이중근호는 어떻게 변형해야 할까요?
 
{7 - 3(5)}  = ?
 

이 때에는 2가 아닌 숫자는 근호 안으로 넣어준 다음, 다시 분모를 2 하는 분수꼴의 형태로 만들어서강제로 근호 앞의 숫자가 2가 되도록 변형하면 됩니다.
 
{7 - 3(5)}
 
= {7 - (32 * 5)}
 
= [{2 * 7 - 2 * (32 * 5)} / 2 ]
 
= [{14 - 2 * (45)} / 2 ]
 

여기서 분자부분을 보면, 14 = 9 + 5 = 32 + (5)2이고 45 = 9 * 인 것이 보이지요?
 
따라서,

= [{(9 + 5) - 2 * (9 * 5)} / 2 ]
 
= [{(9)2 +(5)2 - 2 * 9 * 5} / 2 ]
 
= [{32 - 2 * 3 * 5 + (5)2 } / 2 ]
 
= {(3 - 5)2 / 2 }

{(3 - 5)2 / (√2)2 } 


{(3 - 5) / √2}2
 
= | (3 - 5) / √2 | 

 
이제, 양수(+)이니까 그대로 절대값을 풀고 나서, 분모를 유리화 해주면 되겠지요?
 
= {(3 - 5) * 2 } / (2 * 2)
 
= (32 - 10) / 2
 
 
 
 

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