곱셈공식(2) 곱셈공식의 변형



곱셈공식의 변형
various forms of polynomial expansion


"변형공식들도 기억해두면 좋아요"
" To memorize transformed polynomial expansions
should be very helpful "







앞에서 배운 곱셈공식은 [근과 계수와의 관계]나 [대칭식] 등의 문제를 풀 때, 여러 가지로 변형시키면서 활용할 수가 있습니다.

이 변형 공식들 역시, 그 원리들을 철저히 복습하고 다양한 유형의 문제들을 해결할 수 있도록 잘 외워 두어야만 합니다.

상위수준의 어려운 심화수학도 기본적인 원리나 공식에 대한 암기의 기초 위에서 출발한다는 점을 명심하고, 확실하게 이해하고 기억해 두기 바랍니다.






               






우선 문제를 하나 볼까요?

───────────────────────────
 이차방정식 x² + x + 1 = 0 의 두 근을 α, β 라 할 때,
 α² + β²의 값을 구하여라.
───────────────────────────


이런 유형의 문제를 풀 때, 지난번에 배웠던 곱셈공식 (a + b)² = a² + 2ab + b² 을 변형시켜서 이용하면 아주 편리하게 계산할 수 있습니다.

위의 곱셈공식을 변형하면 a² + b² = (a + b)² – 2ab 이지요?


이제, 이것을 이용해서 문제를 풀어 보도록 합시다.


(1) 이차방정식의 [근과 계수와의 관계]에서, α + β = – 1 이고 αβ = 이니까,

(2) 변형 공식에 이 값들을 대입하면, α² + β²= (α + β)² – 2αβ
      따라서, (– 1)2 – 2 * 1 = – 1.



이 변형 공식은 두 수의 합과 곱이 주어지고, 두 수 제곱들의 합을 알아내는 데 아주 편리한 공식입니다.




이번에는 대칭식에서 활용되는 예를 하나 풀어 볼까요?

────────────────────────
 x + y = 2 이고,  xy = – 3 이라 할 때,
 3x²xy + 3y² 의 값을 구하여라.
────────────────────────

위에 주어진 식과 같이 x y 의 자리를 서로 바꾸어도, 식의 모양이 변하지 않는 형태의 식을 대칭식이라 합니다.


이런 대칭식의 구조 형태는 x + y xy 만으로 식을 쉽게 변형시킬 수가 있고,
그 다음에 x + y xy 의 값을 대입하면, 간단하게 식의 값을 구할 수가 있습니다.


(1) 3x²xy + 3y² = 3(x² + y²)xy 이니까,

     변형공식을 이용하면,

    = 3{ (x + y)² – 2xy } – xy



(2) 따라서= 3(x + y)² – 7xy 이므로,

     x + y xy 의 값을 대입하면,

     3 * (2)² – 7 * (– 3) = 33





이제, 주요 변형식들을 공식으로 정리해 볼까요?
─────────────────────────────────────
 (1) a² + b² = (a + b)² – 2ab
 (2) a² + b² = (a b)² + 2ab
 (3) (a + b)² = (a b)² + 4ab
 (4) ab = (1/4) * { (a + b)² (a b)² }
 (5) a³ + b³ = (a + b)³ – 3ab(a + b)
 (6) a³ b³ = (a b)³ + 3ab(a b)
 (7) (a + b + c) (a² + b² + c² ab bc ca)
       = (1/2) * (a + b + c) { (ab)² + (bc)² + (ca)² }
─────────────────────────────────────


위의 (7)번의 변형공식은 심화유형에서 수시로 등장합니다.
원리를 이해한 후, 반드시 외워 두기 바랍니다.


  a² + b² + c² ab bc ca
= (1/2) * (2a² + 2b² + 2c² – 2ab –2bc – 2ca)
= (1/2) * (a² – 2ab + b² + b² –2bc + c² + c² – 2ca + a²)
= (1/2) * { (ab)² + (bc)² + (ca)² }


따라서,
(a + b + c) (a² + b² + c² ab bc ca)
(1/2) (a + b + c) { (ab)² + (bc)² + (ca)² }





그러면 이제, 확인 문제를 한번 풀어 볼까요?

──────────────────────────
 이차방정식 x² + 3x + 1 = 0 의 두 근을
 α, β 라 할 때, α² β² 의 값을 구하여라.
──────────────────────────







함수그래프(3) 함수그래프의 대칭이동(1)



함수그래프의 대칭이동(1)
reflecting function graphs(1)


"그래프를 뒤집어보고 그려보면서 대칭이동 원리를 생각해 보세요"
" Try flipping & drawing the graph to find out
the principle of symmetric movement "







함수의 그래프는 고등수학의 미적분까지 이어지는 중고등수학의 가장 핵심적인 단원입니다.

중고등 학생들의 수학실력의 차이는함수와 그래프 개념의 이해와 응용력의 차이에서 비롯된다고 할 정도로 중요한 부분이니철저히 익혀 두는 것이 매우 중요합니다.

방정식과 부등식도함수의 그래프의 개념으로 이해하고 접근하는 법을 배우면어려운 수준의 문제들을 훨씬 쉽고 재미있게 해결할 수 있습니다.

이번에는 이차함수의 포물선 그래프를 이용해서대칭이동에 대해서 쉽고 자세하게 설명하고자 합니다.






               







앞에서 배웠던 이차함수 포물선의 그래프를 기억하고 있겠지요?

우선, y = (x 3)2 의 그래프를 가지고, 여러 가지 종류의 대칭이동 그래프들과 함수식을 구하는 방법을 공부해 보도록 합시다.



[ 1 ] x 축 대칭이동


지난번에, [점의 대칭이동]에서 배웠던 것들 중에서, 우선 x 축에 대칭인 함수의 그래프는 청개구리의 성질과 같이, y 대신에 y 를 대입한다고 했었지요?

대입하면, 포물선의 식이 y = (x 3)2 이 될 테니까, 이를 정리하면
y = (x 3)2 이 됩니다.


아래의 그림에서 파란색의 포물선인 y = (x 3)2 과 빨간색의 포물선인
y = (x 3)2 의 두 그래프를 보니까, 진짜로 x 축에 대칭이지요?







[ 2 ] y 축 대칭이동


, [점의 대칭이동]에서 배웠던 것과 같이, y 축에 대칭인 함수의 그래프는 청개구리의 성질에 따라, x 대신에 x 를 대입한다고 했었지요?

따라서, 포물선의 식이 y = (x 3)2 이 될 테니까, 이를 다시 정리하면, y = (x + 3)2 이 됩니다.


이번에도 두 그래프를 그려보면, 아래 그림에서 파란색인 y = (x 3)2
빨간색인 y = (x + 3)2 의 두 포물선은, 진짜로 y 축에 대칭이지요?







[ 3 ] 원점에 대칭이동


, 원점인 (0, 0) 에 대칭이라는 것은, x 축에 대칭 그리고 동시에 ()
y 축에 대칭인 것과 동일하다고 했었지요?

따라서, x 대신에 x 그리고 동시에 () y 대신에 y 를 대입하면
포물선의 식이 y = (x 3)2 이므로, 이를 다시 정리하면
y = (x + 3)2 이 됩니다.


이번에도 두 그래프를 그려보면, 아래 그림에서 파란색인 y = (x 3)2
빨간색인 y = (x + 3)2 의 두 포물선은, 진짜로 원점에 대칭이지요?







[ 4 ] y = x 직선에 대칭이동


앞의 [점의 대칭이동]에서 배웠던 것과 같이, y = x 라는 직선에 대칭인 함수의 그래프는, x 대신에 y 그리고 동시에 () y 대신에 x 를 대입한다고 했었지요?

따라서, 포물선의 식이 x = (y 3)2 이 될 테니까, 이를 y 에 관하여 다시 정리하면,

y –  ± 

y =  ± + 3


이번에도, 아래 그림에서 빨간색인 반쪽의 포물선 y + + 3 
초록색인 반쪽의 포물선 y – + 3 을 합치면,

파란색인 y = (x 3)2 과 진짜로 y = x 라는 직선에 대하여 대칭이지요?






뿐만 아니라, x 대신에 y 그리고 y 대신에 x 를 대입한 함수의 방정식은, 바로 역함수가 되기 때문에 매우 중요합니다.

, 함수와 역함수의 그래프는 항상 y = x 라는 직선에 대하여 대칭된다는 것을 반드시 기억해 두기 바랍니다.


심화 유형에서 자주 등장하는 함수와 역함수의 교점을 구하는 문제들은, 일반적인 방정식으로는 풀어 내기가 매우 어렵기 때문에, (i) 함수와 = x 라는 직선과의 교점 또는 (ii) 역함수와 y = x 라는 직선과의 교점으로 구하는 것이 쉽고 편리합니다.




[ 4 ] y = x 직선에 대칭이동


y = x 라는 직선에 대칭인 함수의 그래프는, x 대신에 y 그리고 동시에 () y 대신에 x 를 대입하면 됩니다.

대입하면, 포물선의 식이 x = (y 3)2 이 될 테니까, 이를 y 에 관하여 다시 정리하면,

– x = (y 3)

y  ± √(– x )

y =  ± (– )  3



루트기호 안에 음수(  )로 표시되어서 어렵게 느껴지지요?

고등수학의 [무리함수의 그래프]에서 배우게 되니, 이 내용을 아직 배우지 않은 학생들은 우선, 그래프가 그려진 결과만 보아도 됩니다.

이번에도, 아래 그림에서 빨간색인 반쪽의 포물선 y + (– )  3 
초록색인 반쪽의 포물선 y – (– )  3 을 합치면,

파란색인 y = (x 3)2 과 진짜로 y = x 라는 직선에 대하여 대칭이지요?







이제, 더 어려운 심화 수준의, 일반적인 점에 대한 점대칭직선에 대한 선대칭, 다음 시간에 공부하도록 합니다.




일차방정식(2) 문자계수 일차방정식

문자계수 일차방정식 linear equation with letter constants " 문자로 정리하면  공식이 되지요 " " general solution with letter cons...