유리수(3) 유한소수와 순환소수




소수를 분수로
converting decimals to fractions


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








유한소수와 순환하는 무한소수는 기약분수인 유리수와 관련되어, 중고등수학 전반에서 응용되는 유형으로 자주 출제 됩니다.

특히, 유한소수가 되기 위한 기약분수의 조건 등은 정수와 관련된 심화유형 문제로 연계되어 자주 출제되니, 개념을 철저하게 이해하고 응용력을 키워 두어야 합니다.

또한, 순환하는 무한소수를 분수로 바꾸는 [똑같은 꼬리 자르기] 기법은, 분수식과 무리식에서도 활용되는 기본적이면서도 중요한 방법이니까, 반드시 기본개념을 확실하게 익혀 두기 바랍니다.







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[ A ] 유한소수


0.273 과 같이 소수점 이하에 0 이 아닌 숫자가 끝이 있는 소수를 유한소수라 합니다.

0.273 = 273 / 10³ = 273 / 1000 과 같이 유한소수는 소수점 이하에 0 이 아닌 숫자의 개수만큼, 분모에 10 의 거듭제곱을 해서, 분수로 나타낼 수 있으므로 유리수입니다.

이 때, 그 분수의 분모는 10 의 거듭제곱이니까, 약분을 해서 기약분수가 되었더라도, 항상 2 와 5 만의 소인수로 이루어져 있습니다.





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


13 / 20 = 13 / (2 x 2 x 5) 와 같이, 어떤 기약분수의 분모가 2 와 5 만의 소인수로 이루어져 있다면, 그 분수는 소수형태로 바꾸었을 때, 항상 유한소수가 됩니다.

왜냐하면, 
13 / (2 x 2 x 5) 의 분모에 부족한 2 나 5 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 하나, 예를 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 2 나 5 가 아닌 숫자 3 이 들어 있다 하더라도, 약분한 후에 최종 정리된 기약분수의 분모가, 2 와 5 만의 소인수로 이루어져 있다면, 유한소수로 나타낼 수 있습니다.





[ B ] 순환하는 무한소수


그렇다면, 만일 기약분수의 분모에 2 또는 5 이외에 다른 숫자가 있다면, 이 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 같이, 모두 순환하는 무한소수가 됩니다. 진위 문제에서 자주 등장하지만, 순환하는 무한소수는 유리수이고, π = 3.14159⋯ 와 같이 순환하지 않는 무한소수는 무리수라는 것을 반드시 기억해 두기 바랍니다.



 

순환하는 무한소수(순환소수)는 유리수이기 때문에, 언제나 기약분수로 나타낼 수 있습니다. 그러면 순환소수를 분수로 나타내는 방법에 대해서 알아 보도록 하지요.


아주 쉽고도 유명한, [똑같은 꼬리 자르기] 기법입니다. 가장 기본적이면서 중요한 방법이니까, 반드시 기억해 두고 활용하기 바랍니다.




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


(1) 주어진 순환소수를 x 라고 놓습니다.

x = 0.424242⋯          ⋯ ①



(2) 꼬리가 같아지도록, 순환마디의 개수만큼 10 의 거듭제곱을 곱해줍니다.

100 x = 42.424242⋯       ⋯ ②



(3) [같은 꼬리를 자르는 기법] 으로, 큰 값에서 작은 값을 빼주면,

② ‐ ① :  [ 가감법 ]

100 x = 42

∴  x = 42 / 100 = 21 / 50





이번에는 0.821212⋯ 을 기약분수로 바꿔 볼까요?


(1) 주어진 순환소수를 x 라고 놓습니다.

x = 0.8212121⋯       ⋯ ①



(2) 꼬리가 같아지도록, 순환마디의 개수만큼 10 의 거듭제곱을 각각 곱해줍니다.

10 x = 8.212121⋯              ⋯ ②
1000 x = 821.212121⋯      ⋯ ③



(3) [같은 꼬리를 자르는 기법] 으로, 큰 값에서 작은 값을 빼주면,

③ ‐ ② :  [ 가감법 ]

990 x = 821 – 8 = 813

∴  x = 813 / 990 = 271 / 330






[ C ] 
순환하는 무한소수를 분수로 고치는 공식


앞에서 배운 내용을, 문자로 일반화시켜 공식으로 정리하도록 할까요?

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

평소에는 가급적 [똑같은 꼬리 자르기] 방법을 이용해서 문제를 풀어야 응용력이 좋아집니다.



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




(1) 분모에는, 소수점 이하에서, 순환마디 x*y*의 개수만큼 9를 쓰고, 나머지 순환마디가 아닌 b의 개수만큼 9 다음에 이어서 0 을 적는다.


(2) 분자에는, 소수점을 무시하고 전체 숫자 'abxy' 에서 순환마디가 아닌 숫자 'ab' 를 뺀 수를 적어 넣는다.


(3) 이제, 만들어진 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









수열(3) 등비수열




등비수열
geometric sequences


"등비수열은 같은 값을 계속 곱해주는 거예요"
" it's a sequence multiplying the same ratio "








등비수열 또한 초등산수 시절부터 배우는, 수의 규칙성을 찾는 유형 중에서 가장 기초적인 수열의 하나입니다.

등비수열도 일반적인 제 n 항까지, 그리고 공비 r 등의 문자로 표현되는 일반화된 기본개념을 정확하게 익혀 두어야, 앞으로 배우는 계차수열이나 무한 등비급수 등의 상위 개념을 어려움 없이 공부해 낼 수 있습니다.

특히, 뒤에서 배우게 될 여러가지 수열의 점화식 등에서도 자주 활용되는 기본 개념이므로, 응용력을 철저히 익혀두기 바랍니다.






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앞에서 공부했던 수열을 복습해 보도록 할까요?


예를 들어 2, 6, 18, 54, 162, ... 와 같이, 3 을 계속해서 곱하는 방식으로 계속해서 다음 항을 만드는 수열을 등비수열이라고 하고, 이 때의 곱해지는 일정한 상수값을 공비라고 한다는 것을 앞에서 배웠습니다.


이 등비수열의 구조를 조금 더 자세히 살펴 보도록 할까요?


2,    6,   18,   54,    162, ...
∨      ∨      ∨      ∨       
x 3    x 3    x 3    x 3      


a1 = 2
a2 = 2 x 3
a3 = 2 x 3 x 3
a4 = 2 x 3 x 3 x 3

∴  an = 2 x 3(n – 1)



위에서 보는 것과 같이, n 번째의 일반항인 an 은 첫째 항인 a1 에 (n – 1) 개의 공비를 곱하는 방법으로 구해진다는 것을 알 수 있습니다.




이 내용을 일반화해서 공식으로 정리하도록 할까요?




등비수열 { an } 의 첫째항을 a1, 공비를 r 라고 하면 n 번 째의 일반항 an 은 아래와 같이 구한다.

an = a1 x r (n – 1)








보기 문제로, 아래의 수열에서 10 번째 항과 제 n 번째 항을 구해 보도록 할까요?



(1) 3, 6, 12, 24, 48, ...

a1 = 3,   r = 2

∴  an = 3 x 2(n – 1)


∴  a10 = 3 x 2(10 – 1) = 1536






(2) 2, – 6, 18, – 54, 162, ...

a1 = 2,   r = – 3

∴  an = 2 x (– 3)(n – 1)


∴  a10 = 2 x (– 3)(10 – 1) = – 2 x 39







그러면, 연습문제들을 풀어 보도록 할까요?





공비가 0.5 이고 제 6 항이 5 인 등비수열의 첫째항을 구하여라. 





(1) 우선, 주어진 내용을 기호를 써서 식으로 나타내 볼까요?


↱  r = 0.5                          ⋯ ①
↳  a6 = a1 x r (6 – 1) = 5    ⋯ ②



(2) 미지수 2 개와 서로 다른 식 2 개의 연립방정식 구조를 갖고 있으므로,


[대입법]  ① ⇒ ②  :

a1 x (0.5)(6 – 1) = 5

∴  첫째항 a1 = 5 x 25 = 160









제 5 항이 48 이고 제 10 항이 – 1536 인 등비수열의 첫 째항을 구하여라.





(1) 우선, 주어진 내용을 기호를 써서 식으로 나타내 볼까요?


↱  a5 = a1 x r (5 – 1) = 48             ⋯ ①
↳  a10 = a1 x r (10 – 1) = – 1536   ⋯ ②



(2) 미지수 2 개와 서로 다른 식 2 개의 연립방정식 구조를 갖고 있으므로,


[승제법]  ② ÷ ① :

r 5 = – 32 = (– 2)5

∴ r = – 2  ⋯ ③



[대입법]  ③ ⇒ ① :

a1 x (– 2)4 = 48

16 a1 = 48

∴  첫째항 a1 = 3










제 n 항이 아래와 같이 표현되는 등비수열에서, 그 첫째항과 공비를 구하여라.

an = 2 x 3(2n – 1)





(1) 주어진 일반항을 an = a1 x r (n – 1) 의 표준형태로 바꾸면,


2n – 1 = 2(n – 1) + 1


∴  an = 2 x 3{2(n – 1) + 1}

= 2 x 32(n – 1) x 31

= 2 x 3 x 32(n – 1)


∴  an = 6 x 9(n – 1)



따라서,  첫째항 a1 = 6,  공비 r = 9







 
  세 수 8, a, b 는 이 순서로 등차수열을 이루고, a, b, 36 은 이 순서로
  등비수열을 이룰 때, 두 자연수 a, b 를 구하여라.





(1) 8, a, b 는 이 순서로 등차수열을 이룬다고 했으니까,

2a = 8 + b   ⋯ ①



(2) 또, a, b, 36 은 이 순서로 등비수열을 이룬다고 했으니까,

b2 = a x 36  ⋯ ②



(3) 이제, 일차식과 이차식을 연립으로 풀 때에는, 반드시 일차식을 이차식에 대입하는 것이 좋습니다.


[대입법]  ① ⇒ ② :


(2a – 8)2 = a x 36

a2 – 17a +16 = 0

(a – 16) (a – 1) = 0

∴  a = 16  or  1



(4) 이 결과를 ① 식에 대입하면,

b = 24  or  – 6

– 6 은 문제의 뜻에 맞지 않으므로 버립니다.

∴  (a, b) = (16, 24)







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....