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.








삼각형의 닮음 Solution 42021



Solution 42021






    위 1번 소제목에 링크된 페이지 설명대로, 접은 두 삼각형은 서로 합동입니다.



    따라서, Quiz 2603 문제의 그림에서 각 DAF  = 각 DEF  = 60°이고

             변 AF 의 길이 = 변 EF 의 길이  = x

             변 DE 의 길이 = 변 DA 의 길이  = 7 cm



    또, 정삼각형 ABC 에서,

             변 AB 의 길이 = 변 AD 의 길이 + 변 DB 의 길이

                                  cm + cm = 15 cm


     따라서, 변 EC 의 길이 = 변 BC 의 길이 변 BE 의 길이

                                      15 cm - cm = 10 cm   ⋯ 








    위 2번 소제목에 링크된 페이지의 설명대로, 삼각형 내각의 합은 180°입니다.



    Quiz 2603 문제 그림의 삼각형 DBE 에서, 각 DBE  =  60°이므로

            각 BDE  + 각 BED  180°-  60° = 120° ⋯ 


    평각 BDE 에서, 각 DEF  =  각 DAF  =  60°이므로

            각 BED  + 각 CEF  180°-  60° = 120°  

  
    위의 ②, ③ 식을 연립으로 풀면, 각 BDE  = 각 CEF 


   

    또, 삼각형 DBE 와 삼각형 ECF 서, 각 DBE   각 ECF  =  60°이므로

    위 연립 결과에서 각 BDE  = 각 CEF  a 라 놓으면,


          각 BED  = 각 CFE  180°-  60°a  = 120°a 








    소제목에 링크된 페이지에서 설명하는 삼각형의 닮음 조건을 잘 이해하셨나요?



    위 2번에서 삼각형의 여러 각들의 크기를 살펴본 바 대로

          각 BDE  = 각 CEF  a 고,

          각 BED  = 각 CFE  120°a 이므로


    삼각형 DBE 와 삼각형 ECF AA 닮음이 됩니다.



    그런데, 위의 ① 식에서

         변 EC 의 길이 = 10 cm 라 이미 구했으므로


         변 BD 의 길이 : C의 길이 = 닮음비 = 8 : 10 이고

         변 EF 의 길이 : 변 D의 길이 = 닮음비 = 4 : 5 




    따라서, 변 DE 의 길이 : 변 EF 의 길이 = 7 : x  = 4 : 5 이므로


        변 EF 의 길이 =  x  = 35/4 = 8.75 (cm) 


   
 
 





               








Answer 42021

  35/4 = 8.75 cm





삼각형의 닮음 Quiz 42021



Geometry Quiz 42021














               










Hint 1 " 접었으니까, 위 그림에서 어떤 각들의 크기가 서로 같을까요? "



Hint 2 " 닮은꼴 삼각형은 어디에 숨어 있을까요? "



Hint 3 " 닮음비는 구할 수 있나요? "










               

















곱셈공식(3) 파스칼의 삼각형





파스칼의 삼각형
Pascal’s Triangle


"이항 곱셈공식의 계수는 외울 필요가 없어요"
" you don’t have to memorize
the coefficients in binomial expansions "








오늘은 프랑스 철학자이자 수학자인 파스칼이 정리해 놓은 아주 유명하고 재미있는 파스칼의 삼각형을 소개합니다.

파스칼의 삼각형은 이항정리의 계수를 알아내거나 삼각수 (triangular number) 여러가지의 특이한 숫자들의 규칙을 찾아내는 데에 활용되고 있습니다.

중학수학에서도 가지의 경우를 선택하는 경우의 수를 구하거나, 세제곱 이상의 곱셈공식 전개식에서 계수를 알아내는 데에 아주 편리하고 재미있는 내용이므로 원리를 이해해 두고 활용법을 기억해 두기 바랍니다.






               







곱셈공식에서 배웠던 내용 중에서, 개의 항만으로 이루어진 이항의 거듭제곱을 복습삼아 전개해 보도록 할까요?


(a + b)1 = a + b

(a + b)2 = a2 + 2ab + b2

(a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3




만일 4  이상의 이항식을 전개하면  계수는 어떻게 될까요?


이럴 , 파스칼의 삼각형을 이용하면 아주 쉽게 계수들을 알아낼 있습니다.



아래 그림에서 보는 것과 같이 줄의 좌우 숫자의 합을 적어 놓되, 숫자가 없을 때에는 0 있다고 가정하면 됩니다.


0   1   0
v    v
1    1
v    v    v
1    2    1
v    v    v    v
1    3    3    1
v    v    v    v    v
1    4    6    4    1
v    v     v     v     v    v
1    5   10   10    5    1
v    v     v     v     v     v    v
1    6    15   20   15    6    1





파스칼의 삼각형에서 계수들이 좌우대칭의 모습을 보이고 있지요?


일반적으로 전개식을 나열하는 규칙은 다음과 같습
니다.


(1) 삼각형에서 알아낸 계수를 앞에 쓰고, 

(2) 앞의 문자 a 차수를 하나씩 낮추고,

(3) 뒤의 문자 b 차수를 하나씩 올린다



(a + b)4 = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4

(a + b)5 = a5 + 5a4b + 10a3b2 + 10a2b3 + 5ab4 + b5







또한, 파스칼의 삼각형에서는 여러가지 특이한 숫자들의 규칙을 찾아낼 있습니다.


아래의 그림과 같이 정삼각형 도형을 만들기 위해 사용되는 물건의 총수를 나타내는 삼각수 (triangular numbers) 대해서 알아 보도록 할까요?

수들의 규칙은 뒤에서 배울 계차수열 하나입니다.


                                                                       O
                                                 O                 O  O
                            O                O  O             O  O  O
             O          O  O           O  O  O         O  O  O  O       ...
    O    O  O     O  O  O      O  O  O  O     O  O  O  O  O

    a1       a2             a3                  a4                   a5 




그런데, 아래 그림의 파스칼 삼각형에서 사선의 빨간색으로 표시된 수열이 바로 삼각수 (triangular numbers) 되는 것을 발견할 있습니다.


0   1   0
v    v
1    1
v    v    v
1    2    1
v    v    v    v
1    3    3    1
v     v    v    v     v
1     4    6    4     1
v    v     v    v     v    v
1    5    10   10    5    1
v    v     v     v     v     v    v
1    6    15   20   15    6    1







뿐만 아니라, 파스칼의 삼각형에서는 여러가지 특이한 숫자들의 규칙을 찾아낼 있습니다.

고등학생들도 조금 어려워하는 피보나치 (Fibonacci) 수열에 대해서 알아 보도록 할까요?


1

1
1

1
2
1

1
3
3
1

1
4
6
4
1

1
5
10
10
5
1

1
6
15
20
15
6
1

1
7
21
35
35
21
7
1

1
8
28
56
70
56
28
8
1










                   (source : wikipedia – Pascal’s triangle)



위의 표로 나타낸 파스칼 숫자에서, 사선으로 보이는 같은 색의 셀들을 더해서 차례로 나열하면 피보나치 수열이 됩니다.


a1 = 1

a2 = 1

a3 = 1 + 1 = 2

a4 = 2 + 1 = 3

a5 = 1 + 3 + 1 = 5

a6 = 3 + 4 + 1 = 8

a7 = 1 6 + 5 + 1 = 13





수열에서 이웃하는 항들 사이에 성립하는 일반적인 관계식을 점화식이라고 합니다. 이 관계식으로 관찰할 때, 피보나치 수열은 특이하게도,  3 항부터의 값이 직전에 있는 두 개의 항의 값을 합하여 결정되는 특징을 가지고 있습니다

점화식으로 나타낸 다음 실제로 맞는지 확인해 보도록 할까요?



------------------------
an = an-1 + an-2
------------------------


a1 = 1

a2 = 1

a3 = a1 + a2 = 1 + 1 = 2

a4 = a2 + a3 = 1 + 2 = 3

a5 = a3 + a4 = 2 + 3 = 5

a6 = a4 + a5 = 3 + 5 = 8

a7 = a5 + a6 = 5 + 8 = 13







               

영어번역을 함께 보시려면, 아래의 링크를 눌러주세요.

Please click the following link
to read English translation.


               







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....