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직각삼각형에서의 닮음에서는 직각삼각형에 수선을 내려서 각 직각삼각형의 관계를 알아봤어요. 이제는 삼각형에 평행선을 그어서 생기는 두 삼각형의 관계에 대해서 알아볼 거예요.

여기서도 마찬가지로 공식이 나올 건데, 그림으로 외우세요. 증명하고, 선분 이름 쓰고 하는 것 보면 정말 어려워 보이지만 그림으로 보면 별거 아니에요.

문제도 그다지 어렵게 나오는 부분은 아니니 크게 걱정할 필요도 없고요.

삼각형에서 평행선과 선분의 길이의 비는 두 부분으로 나눠서 올립니다.

삼각형에서 평행선과 선분의 길이의 비

△ABC에서 에 평행한 선을 그어요. 그러면 아래 세 경우처럼 삼각형 안과 밖, 그리고 점 A의 위쪽에 그을 수 있죠.

에 평행한 선과 (또는 의 연장선)이 만나는 점을 점 D, 평행선과 (또는 의 연장선)이 만나는 점을 점 E라고 해보죠.

△ABC와 △ADE가 생기는데, 이 두 삼각형 사이의 관계를 알아볼 거예요. 세 경우 모두에서 똑같으니까 한꺼번에 설명할게요.

첫 번째, 두 번째 그림에서  // 이므로 ∠ADE = ∠ABC(동위각), ∠AED = ∠ACB(동위각 - 평행선에서 동위각과 엇각), ∠A는 공통이에요. AA 닮음이죠.

세 번째 그림에서는  // 이므로 ∠ADE = ∠ABC(엇각), ∠AED = ∠ACB(엇각), ∠A는 맞꼭지각이라서 마찬가지로 AA 닮음이에요.

△ABC ∽ △ADE (AA 닮음)

닮음인 도형에서 각 길이의 비는 모두 같으므로 인 관계가 성립합니다.

여기서 가운데 항인 밑변 부분을 빼면 아래 그림처럼 나타낼 수 있어요. 식으로 외우기보다는 그림으로 외우세요. 알파벳으로 외우는 건 안돼요. 파란색 부분끼리, 보라색 부분끼리 변의 길이의 비가 같아요.

다음 그림에서 x를 구하여라.

삼각형의 밑변에 평행한 선을 그어서 생기는 삼각형과 원래 삼각형은 닮음이에요.

△ABC ∽ △ADE (AA 닮음)

6cm : 9cm = 8cm : xcm
6x = 72
x = 12 (cm)

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닮은 도형 이번에는 직각삼각형이에요. 직각삼각형의 닮음에서는 그동안 해왔던 합동과의 비교가 아니라서 조금 어려울 수 있어요.

비슷하게 생긴 그림도 많이 나오고, 공식도 나오니까 주의하여 잘 보세요.

이 글에서는 3개의 공식이 나오는데, 이건 그림으로 외우세요. 알파벳으로 된 공식 그 자체를 외우는 건 바보스러운 짓이라는 걸 미리 말해둘게요. 그러니까 알파벳은 공식을 유도하는 과정에서만 이해하시면 돼요.

직각삼각형에서의 닮음

직각삼각형 ABC의 직각이 있는 점 A에서 에 수선을 내리고, 수선의 발을 H라고 해보죠.

원래 있던 직각삼각형 ABC 외에 두 개의 직각삼각형이 더 생겼어요. △HBA와 △HAC요. 큰 직각삼각형, 중간 직각삼각형, 작은 직각삼각형 세 삼각형을 이용해서 각 변의 길이 사이에는 어떤 특징이 있는지 알아볼 거예요.

먼저 △ABC와 △HBA를 볼까요? 큰 직각삼각형과 중간 직각삼각형이죠. 한 쌍의 대응각은 직각(∠A = ∠H = 90°)이고, ∠B는 공통각이예요. 두 쌍의 대응각의 크기가 같으니까 나머지 한 쌍의 대응각의 크기도 같겠죠? ∠C = ∠BAH. 두 대응각의 크기가 같으니까 AA 닮음이지요. △ABC ∽ △HBA

닮은 도형에서 대응변의 길이의 비는 같으므로 라는 식을 세울 수 있어요. 첫 번째 항과 두 번째 항에 가 공통으로 들어 있으니까 두 항만 따로 떼서 정리해보죠.

식을 정리했더니 길이에 대한 공식이 하나 나왔네요. 두 삼각형으로 나누어져 있던 그림 말고 원래대로 처음의 삼각형 그림으로 돌아와서 보세요.

위 공식에 있는 변들이 그림에서 어떤 위치에 있는지 확인하세요. 직각이 아닌 꼭짓점에서 시작하는 세 변의 길이에 대한 공식이에요. 직각이 아닌 꼭짓점(점 B)에서 직각(점 A)으로 가는 변의 길이는 제곱해주고, 점 B에서 다른 꼭짓점(점 H, 점 C)으로 가는 두 변의 길이는 서로 곱해주는 거죠.

이 공식을 알파벳을 이용하거나 위 설명처럼 외울 수는 없어요. 대신 그림으로 외워야 해요. 그림에서 변을 짚어가면서 "이 변의 제곱은 이 변 곱하기 이 변" 이런 식으로요.

이번에는 △ABC와 △HAC에요. 처음의 큰 직각삼각형과 작은 직각삼각형이요. 한 쌍의 대응각은 직각(∠A = ∠H = 90°)이고요, ∠C라는 공통각을 가져요. 두 쌍의 대응각의 크기가 같으니까 나머지 한 쌍의 대응각의 크기도 같겠죠? ∠B = ∠CAH. 두 대응각의 크기가 같으니까 AA 닮음이에요. △ABC ∽ △HAC

여기서도 마찬가지로 대응변의 길이의 비를 이용해서 비례식을 만들어 보죠. 라는 식을 세울 수 있어요. 두 번째 항과 세 번째 항에 가 공통으로 들어 있으니까 두 항만 따로 떼서 정리해보죠.

식을 정리했더니 공식이 또 하나 나왔네요. 다시 처음의 삼각형 그림으로 돌아오세요.

이 공식도 마찬가지로 그림으로 외우세요. 직각이 아닌 꼭짓점(점 C)에서 직각(점 A)으로 가는 변의 길이는 제곱해주고, 점 C에서 다른 꼭짓점(점 H, 점 B)으로 가는 두 변의 길이는 서로 곱해주는 거죠.

마지막으로 중간 직각삼각형과 작은 직각삼각형이에요. △HBA와 △HAC요. ∠H는 직각으로 같아요. 삼각형 내각의 합은 180°고 ∠H = 90°이므로 나머지 두 각의 합이 90°에요. ∠B + ∠BAH = 90°, ∠C + ∠CAH = 90°

큰 삼각형에서 ∠A = ∠BAH + ∠CAH = 90°죠.

∠B + ∠BAH = ∠BAH + ∠CAH = 90°이므로 ∠B = ∠CAH
∠C + ∠CAH = ∠BAH + ∠CAH = 90°이므로 ∠C = ∠BAH

∠H는 직각으로 같고, ∠C = ∠BAH, ∠B = ∠CAH로 세 쌍의 대응각이 같아요. AA 닮음이죠. △HBA ∽ △HAC

대응변의 길이의 비를 이용하면 라는 식을 세울 수 있어요. 첫 번째 항과 세 번째 항에 가 공통으로 들어 있으니까 두 항만 따로 떼서 정리해보죠.

처음의 삼각형 그림으로 돌아오세요.

역시 그림으로 외우세요. 직각삼각형에서 내린 수선의 길이의 제곱은 반으로 나뉜 변의 길이를 각각 곱한 것과 같죠?

이제 삼각형을 따로 떼어놓지 않아도 직각삼각형을 보면 이 공식이 바로 나올 수 있도록 해야겠죠? 그리고 직각이 어느 위치에 있든지 수선을 내려서 그 길이의 관계를 알 수 있어야 해요. 위 그림에서는 직각이 위쪽에 있지만, 문제에서는 직각이 오른쪽 아래에 있을 수도 있고, 왼쪽 아래에 있을 수도 있거든요.

다음 그림에서 x, y를 구하여라.

x를 구하려면 x² = y(y + 3)라는 식을 세워야 하는데 미지수가 2개라서 이 식만 가지고는 x를 구할 수 없네요. y를 먼저 구해보죠.

y를 이용해서 4² = y × 3이라는 식을 세울 수도 있고요. 5² = 3(3 + y)이라는 식을 세울 수도 있어요. y = (cm)

y를 첫 번째 식에 대입해서 x를 구하면 x = (cm)

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닮은 도형에 대해서 공부하고 있어요. 어떤 도형을 닮은 도형이라고 하는지, 어떤 성질이 있는지, 어떤 위치에 있는지요. 이 글에서는 닮음비를 알려주지 않았을 때, 두 삼각형이 닮은 도형이 되려면 어떤 조건을 갖춰야 하는지 알아보죠.

먼저, 삼각형의 닮음 조건은 삼각형의 합동조건과 같아요. 아주 작은 차이만 있어요. 이 차이는 쉽게 이해할 수 있을 겁니다. 참고로 삼각형의 합동조건은 삼각형의 작도 조건과도 같으니까 꼭 알고 있어야 하는 조건이에요. 앞으로도 계속 나와요.

삼각형의 닮음 조건

먼저 삼각형의 합동 조건부터 얘기해볼까요? 세 가지가 있죠?

• SSS 합동: 세 쌍의 대응변의 길이가 같을 때
• SAS 합동: 두 쌍의 대응변의 길이가 같고, 그 끼인각의 크기가 같을 때
• ASA 합동: 한 쌍의 대응변의 길이가 같고, 양 끝각의 크기가 같을 때

합동은 두 도형의 닮음비가 1 : 1일 때에요. 비가 1 : 1이니까 대응변의 길이가 같겠죠? 그런데 닮음은 1 : 1이 아닌 경우도 있으니까 대응변의 길이가 달라요. 대신 대응변의 길이의 비가 같죠. 따라서 삼각형의 닮음 조건은 삼각형의 합동조건에서 "길이가 같다."를 "길이의 비가 같다."로 바꾸면 돼요.

또 한 가지 차이가 있는데요. 삼각형은 각이 세 개고 내각의 합은 180°죠? 두 삼각형에서 두 쌍의 대응각 크기가 같으면 자동으로 나머지 한 쌍의 대응각 크기도 같아서 결국 세 쌍의 대응각 크기가 다 같아요. 세 쌍의 대응각의 크기가 같으면 닮은 도형이잖아요. 따라서 세 번째 ASA에서 두 쌍의 대응각의 크기만 같으면 돼요. 한 쌍의 대응변의 길이의 비가 같은지는 굳이 확인하지 않아도 된다는 거죠. 두 쌍의 대응각의 크기만 같으면 되니까 ASA 닮음이 아니라 AA 닮음이라고 해요.

다음 그림에서 이다. 보기와 같은 조건이 추가될 때 두 삼각형은 어떤 닮음인지 닮음 조건을 말하여라.
(1)
(2) ∠C = ∠F

문제에서 두 쌍의 대응변의 길이의 비가 같고, 한 쌍의 대응각의 크기가 같다고 했네요. 그런데 이 대응각이 길이의 비가 같은 대응변 사이의 끼인각은 아니네요.

(1) 번에서 한 쌍의 대응변의 길이의 비가 같다는 조건이 추가된다면 결국 세 쌍의 대응변의 길이의 비가 같아지므로 두 삼각형은 SSS 닮음이 됩니다.

또, 이고 ∠A = ∠D로 두 쌍의 대응변의 길이의 비가 같고 그 끼인각의 크기가 같으므로 SAS 닮음도 되네요.

(2) 번에서 한 쌍의 대응각의 크기가 같다는 조건이 나왔어요. 이 대응각은 길이의 비가 같은 두 쌍의 대응변 사이의 끼인 각이 아니죠. 따라서 두 쌍의 대응각의 크기가 같으므로 AA 닮음입니다.

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닮은 도형은 한 도형을 일정한 비율로 확대 또는 축소해서 얻은 도형을 말해요. 두 닮은 도형의 위치에 따라서 또 다른 특징이 있는데, 이 글에서는 닮은 도형의 위치에 따른 성질을 알아볼 거예요.

이 성질을 잘 안다면 두 도형의 위치만 보고도 닮은 도형인지 아닌지 파악할 수 있어요. 또 그림이 그려져 있지 않아도 설명만 듣고도 닮은 도형인지 아닌지 알 수 있죠. 새로운 방법으로 닮음비도 구할 수 있고, 대응변의 길이도 구할 수 있고, 여러 가지 장점이 있어요.

닮음의 위치와 닮음의 중심

두 도형이 있어요. 이 도형에서 대응점을 연결하는 직선을 그으면 한 점에서 만나게 되는데, 이때 두 도형을 닮음의 위치에 있다고 얘기합니다. 그 연결선들이 만나는 한 점을 바로 닮음의 중심이라고 하고요.

△ABC와 △DEF에서 대응점을 연결하는 직선이 한 점 O에서 만나요. 따라서 두 삼각형은 닮음의 위치에 있다고 하고, 점 O를 닮음의 중심이라고 하지요.

닮은 도형이라고 해서 모두 닮음의 위치에 있는 건 아니에요.

두 도형은 닮은 도형이지만 대응점을 연결했을 때 연결선이 한 점에서 만나지 않죠.

닮음의 중심의 위치

닮음의 중심은 상황에 따라 여러 위치에 있을 수 있어요. 여러 경우가 있겠지만 크게 보면 세 가지 경우로 나누죠. 처음 그림에서는 닮음의 중심이 두 도형의 왼쪽에 있지요? 왼쪽이든 오른쪽이든 상관없이 두 도형의 외부에 있다고 얘기합니다.

왼쪽 그림에서는 닮음의 중심은 두 도형의 사이에 있지요? 이 경우에도 마찬가지로 외부에 있다고 얘기합니다.

가운데 그림에서 닮음의 중심은 도형의 내부에 있어요.

오른쪽 그림에서는 도형의 꼭짓점에 있죠. 도형의 한 변에 있는 경우를 포함해서 이때를 도형의 위에 있다고 얘기해요.

닮음의 위치에 있는 두 도형의 성질

대응점을 연결한 직선이 한 점에서 만나면 닮음의 위치에 있다고 했으니 거꾸로 닮음의 위치에 있으면 대응점을 연결한 직선이 한 점에서 만난다고 할 수 있죠.

닮음의 중심에서 대응점에 이르는 거리비는 닮음비와 같아요. 라면 도 성립한다는 거예요.

또 대응변은 서로 평행이에요. △OAB와 △ODE는 세 변의 길이의 비가 같은 닮은 도형이죠. 닮은 도형에서 대응각은 크기가 같아요. ∠OAB = ∠ODE이므로 평행선의 성질에 따라 동위각의 크기가 같으므로 가 됩니다. 다른 대응변들도 마찬가지고요.

닮음의 위치에 있는 도형의 성질
1. 대응점끼리 연결한 직선은 한 점에서 만난다. → 닮음의 중심
2. 닮음의 중심에서 대응점까지의 거리의 비는 일정 = 닮음비
3. 대응변은 서로 평행

닮은 위치에 있는 도형의 성질을 이용하면 두 도형이 닮은 도형의 위치에 있는지 아닌지 알 수 있겠죠?

아래 그림에서 □ABCD와 □EFGH는 서로 닮은 관계에 있고, 일 때, 의 길이를 구하여라.

이므로 이예요. 이 비는 닮음비와 같죠. 닮음비는 변의 길이의 비와 같으므로 의 비례식을 풀어보면,  = 6cm라는 걸 알 수 있어요.

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합동과 닮은 도형의 같은 점과 차이점에 대해서 이해하셨나요? 이제 닮은 도형의 성질에 대해서 알아볼 거예요.

합동에서는 대응변의 길이가 같고, 대응각의 크기도 같았어요. 닮은 도형에서도 대응변과 대응각의 크기가 어떻게 되는지 알아볼 거예요. 평면도형과 입체도형에서도 어떤 차이가 있는 지 알아볼 거고요.

닮은 도형은 한 도형을 일정한 비율로 확대 또는 축소해서 얻어진 도형을 말하니까 이것만 잘 기억하시면 이 글의 내용은 어렵지 않을 겁니다.

평면도형에서 닮은 도형의 성질

두 삼각형이 있는데, 서로 닮음 관계에 있어요. △ABC ∽ △DEF

도형을 확대했다는 얘기는 모든 변을 확대했다는 거예요. 키가 커지면 팔도 다리도 같이 길어져야 정상이죠? 는 확대했는데, 는 확대하지 않으면 그건 닮은 도형에서 말하는 확대가 아니에요.

또 일정한 비율로 확대했다는 건 를 2배 확대하면 도 2배 확대하는 거지요. 를 확대한 비율과 를 확대한 비율이 다른 건 일정한 게 아니잖아요.

이번에는 거꾸로 얘기해보죠. 를 로 확대한 비율과 를 로 확대한 비율은 서로 같아요. 이 확대한 비는 어떤 변이든 같아요. 일정하다는 거죠. 대응하는 변의 길이의 비는 일정한데, 이 일정한 비를 닮음비라고 해요. 닮음비는 모든 변에서 같아서 하나의 대응변에서만 구해도 상관없어요.

변의 길이가 아니라 각을 한 번 보죠. 도형을 2배 확대하면 변의 길이가 2배로 늘어나요. 그렇다면 각도 2배로 늘어날까요? 아니에요. 삼각형의 크기를 2배로 늘렸다고 해도 모양은 삼각형 그대로에요. 따라서 내각의 크기는 확대 전후에 모두 180°죠. 각의 크기는 변하지 않는 걸 알 수 있어요.

평면도형에서 닮은 도형의 성질
1. 대응하는 변의 길이의 비는 일정하다. → 닮음비 
2. 대응각의 크기는 같다.

참고로, 원에는 변이 없는데, 닮음비를 어떻게 구할까요? 원에서는 반지름의 비를 닮음비로 합니다.

다음 그림에서 △ABC ∽ △DEF일 때, 물음에 답하여라.
(1) 두 도형의 닮음비를 구하여라.
(2) 의 길이를 구하여라.
(3) x + y 의 값을 구하여라.

(1) 닮음비는 두 도형의 대응변 중 길이가 둘 다 나와 있는 변의 길이를 이용하므로

(2) 닮음비가 2 : 3인데, 이 닮음비는 모든 변에서 같으므로

(3) 닮은 도형에서 대응각의 크기는 같아요. ∠A = ∠D이므로 삼각형 내각의 합에 의해서 x + y + 50° = 180°
x + y = 130°

입체도형에서 닮은 도형의 성질

입체도형에는 변이 아니라 모서리라고 부르지요? 평면도형에서 대응변의 길이의 비는 일정해요. 마찬가지로 입체도형에서 대응하는 모서리의 비는 일정해요. 일정한 대응하는 모서리의 길이의 비를 닮음비라고 하지요.

입체도형에서 면 하나만 따로 떼서 볼까요? 대응하는 모서리의 길이의 비가 같으므로 와 의 비, 와 의 비도 일정해요. 면BCGF와 면JKON의 네 변의 길이는 모두 일정한 닮음비를 가져요. 따라서 두 면은 서로 닮은 도형이에요. 결국, 입체도형에서 대응하는 면은 서로 닮은 도형이에요.

입체도형에서 닮은 도형의 성질
1. 대응하는 모서리의 비는 일정하다. → 닮음비
2. 대응하는 면은 닮은 도형이다.

원에서와 마찬가지로 구의 닮음비는 반지름의 비로 구합니다.

다음 그림에 두 직육면체가 서로 닮음 관계에 있을 때, 물음에 답하시오.
(1) 두 도형의 닮음비는 얼마인가?
(2) x와 y를 구하여라.

(1) 길이가 나와 있는 제일 아래 모서리의 길이의 비로 구해보죠. 6 : 9 = 2 : 3이네요.

(2) 2 : 3 = x : 6 이므로 x = 4(cm)
2 : 3 = 6 : y 이므로 y = 9(cm)

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요즘에 많이 사용하는 말 중에 싱크로율 100%라는 얘기 있죠? 어떤 하나가 다른 하나랑 비슷할 때 쓰는 말이에요. 닮은 사람 보여주는 어플도 있고요.

닮았다는 건 생김새나 모양이 비슷하다는 거예요. 하지만 수학에서의 닮음은 조금 달라요.

미니미라는 말 알죠? 똑같이 생겼는데, 크기만 작은 걸 말하잖아요. 수학에서의 닮음은 미니미와 비슷한 용어라고 생각하면 돼요.

닮은 도형은 도형의 합동과 비슷한 게 많으니까 둘을 비교하면서 설명할게요.

닮은 도형

도형의 합동이 뭔 줄 알죠? 두 도형의 모양이나 크기를 바꾸지 않고 돌리거나 뒤집어서 완전히 포개지면 두 도형이 합동이라고 해요.

두 도형이 서로 합동이거나 한 도형을 일정한 비율로 확대, 축소해서 얻은 도형이 서로 합동일 때, 이 두 도형을 서로 닮은 도형 또는 닮음인 관계에 있다고 해요. 말이 좀 어려운데요. 쉽게 말해서 두 도형의 모양은 그대로 두고 크기만 바꿨을 때 완전히 포개지는 걸 말해요.

A, B 두 도형이 있다고 치죠. A를 두 배 확대한 도형을 A2라고 했을 때, A2와 B가 합동이면 A와 B를 서로 닮은 도형이라고 하는 거지요.

합동은 모양과 크기가 같아야 하고, 닮음은 모양만 같다는 차이가 있어요. 합동은 한 도형을 1배 확대/축소했을 때 다른 도형과 닮음 관계에 있는 걸 말하는 거지요.

합동은 기호로 ≡ 이었어요. 닮음 기호는 ∽로 나타내요. 닮음이라는 영어단어 Similarity의 첫 글자 S를 옆으로 눕혀놓은 모양이죠. 이게 컴퓨터 화면에서 보면 물결표시(~)처럼 보이는 데, 물결표시가 아니라 S를 눕혀놓은 모양이에요. 닮은 기호(∽)는 왼쪽 위가 움푹 들어간 모양인데, 물결 표시(~)는 오른쪽 위가 움푹 들어간 모양이에요.

도형의 합동에서 두 도형을 포갰을 때 서로 포개지는 변을 대응변, 포개지는 각을 대응각, 포개지는 꼭짓점을 대응점이라고 했는데, 닮은 도형에도 똑같이 대응변, 대응각, 대응점이라고 해요.

두 도형이 합동이라고 할 때 △ABC ≡ △DEF라고 써요. 이때 삼각형의 대응점 순서가 같게 써야 하죠. 닮은 도형에서도 이 원칙은 지켜야 해요. △ABC ∽ △DEF라고 써야 맞게 쓴 거예요. △ABC ∽ △FED는 틀린 표현이에요.

참고로 하나 더 알아둘 건 평면도형 중에서 정삼각형, 정사각형 등의 정다각형, 원, 직각이등변삼각형은 항상 닮은 도형이에요.

다음 그림에서 □ABCD ∽ □EFGH일 때 다음 물음에 답하여라.

(1) 점 A의 대응점
(2) ∠B의 대응각
(3) 의 대응변

사실 이 문제는 그림을 보지 않아도 상관없어요. 문제에서 □ABCD ∽ □EFGH라고 말해줬잖아요. 닮음 기호를 쓸 때는 대응점의 순서대로 쓴다는 사실만 알면 되거든요.

(1) □ABCD이라는 표현에서 A는 첫 번째에 있어요. 따라서 점 A의 대응점은 □EFGH의 첫 글자인 점 E가 되는 거지요.

(2) ∠B의 대응각을 찾을 때도 같은 방법으로, 두 번째 알파벳인 ∠F가 되는 거고요.

(3) 는 □ABCD에서 세 번째, 네 번째 알파벳이에요. 따라서 대응변도 세 번째, 네 번째인 가 되는 거지요.

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사각형이 끝나고 이제는 다시 삼각형으로 돌아왔어요.

이 글에서는 삼각형의 넓이와 관련된 두 가지를 배울 거예요. 하나는 두 평행선 사이에 그려진 삼각형의 넓이이고, 다른 하나는 높이가 같은 삼각형의 넓이의 비예요.

삼각형의 넓이 구하는 공식 모르는 사람은 없겠죠? ½ × (밑변) × (높이)에요.

이 공식을 기본으로 해서 삼각형의 넓이에 관한 내용을 시작해보죠.

평행선과 삼각형의 넓이

평행한 직선 l과 m이 있어요. 직선 m위의 두 점 B, C와 l위의 한 점 A를 꼭짓점으로 하는 △ABC가 있어요. 또 직선 l위의 한 점 D와 점 B, C를 꼭짓점으로 하는 △DBC가 있어요.

△ABC의 높이는 점 A와 직선 m사이의 거리지요? h에요. △ABC의 넓이 = ½ × a × h

△DBC의 높이는 점 D와 직선 m사이의 거리로 역시 h에요. △DBC의 넓이 = ½ × a × h

두 삼각형의 밑변은 공통이니까 그렇다고 치더라도 높이도 같아요. 밑변과 평행인 선 위의 점으로 이루어진 삼각형은 그 모양이 달라도 넓이가 같다는 점을 알 수 있지요.

혹시라도 모양이 이상해서 넓이를 모르겠다면 밑변과 평행한 선을 찾아서 그 선 위의 임의의 점과 삼각형을 만들어 넓이를 구하면 되지요.

다음 그림에서 평행사변형 ABCD의 넓이가 40cm²일 때 △EBC의 넓이를 구하여라.

△EBC의 넓이를 구하려면 밑변과 높이를 알아야 하는데 그림에서는 주어져 있지 않아요. 따라서 △EBC와 넓이가 같은 다른 삼각형을 찾아야 해요. 어떤 게 있나요? 삼각형의 밑변 와 가 평행이기 때문에  위에 점을 잡아서 삼각형을 그리면 △EBC와 넓이가 같아요. 점 A를 이용해보죠. (△EBC의 넓이) = (△ABC의 넓이)이므로 △ABC의 넓이를 구하면 되겠네요.

평행사변형과 넓이에서 평행사변형의 대각선으로 나눠지는 두 삼각형은 넓이가 같고, 전체 평행사변형 넓이의 절반이라는 걸 공부했어요. (△ABC의 넓이) = ½(□ABCD의 넓이)

(△EBC의 넓이) = (△ABC의 넓이) = ½(□ABCD의 넓이) = ½ × 40 = 20(cm²)

높이가 같은 삼각형의 넓이의 비

이번에는 높이가 같고 밑변의 길이가 다른 삼각형의 넓이의 비를 알아보죠.

위 그림에서 △ABD의 넓이는 ½mh이고, △ACD의 넓이는 ½nh에요.

두 삼각형의 넓이의 비는 ½mh : ½nh죠. 정리하면 m : n이에요.

넓이의 비가 밑변의 길이의 비와 같죠?

높이가 같은 삼각형의 넓이의 비 = 밑변의 길이의 비

아래 그림에서 점 D는 의 중점, , △ABC의 넓이가 50cm²일 때 △DBE의 넓이를 구하여라.

이 그림에 직각 표시가 되어 있는데 이건 그냥 함정이에요. 밑변과 높이를 이용해서 구할 수 있을 것처럼 보이게 하는 거죠.

삼각형의 밑변의 길이의 비가 나왔는데, 이걸 이용하려면 높이가 같아야 해요. 밑변의 길이의 비를 이용할 수 있는 높이가 같은 삼각형은 △ABE와 △ACE에요. 밑변의 길이의 비가 2 : 3이니까 넓이의 비도 2 : 3이에요. 이 두 삼각형의 넓이의 합이 50cm²이니까 이 넓이를 2 : 3으로 나누면 되겠죠.

(△ABE의 넓이) = (△ABC의 넓이) ×  = 50 ×  = 20(cm²)

가 밑변이 되도록 △ABE를 돌려보세요. △ABE는 △DBE와 △ADE라는 두 개의 삼각형으로 되어 있어요. 점 E에서 에 내린 수선이 △DBE와 △ADE의 높이죠. 높이가 같고 밑변의 길이의 비가 이므로 △DBE와 △ADE의 넓이의 비도 1 : 1이에요.

(△DBE의 넓이) = (△ABE의 넓이) × ½ = 20 × ½ = 10(cm²)

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사각형 시리즈(?) 마지막입니다.

평행사변형, 직사각형, 마름모, 정사각형의 각 변의 중점을 연결해서 그려지는 사각형이 어떤 사각형인지 알아볼 거예요. 중점이 뭔지는 다 알고 있죠? 중점은 두 점 사이의 거리를 이등분하는 점이에요.

이 글에서 다룰 내용은 각 사각형의 기본적인 정의만 잘 알고 있어도 쉽게 이해할 수 있어요. 일반적인 사각형과 사다리꼴의 중점을 연결한 사각형은 이 글에서 다루지 않고, 나중에 다른 단원에서 추가하도록 할게요.

사각형의 중점을 연결하여 만든 사각형

평행사변형의 중점을 연결해서 만든 사각형 - 평행사변형

먼저 평행사변형의 각 변의 중점을 연결해서 만든 사각형부터 알아보죠.

평행사변형 ABCD의 각 변의 중점을 잡아서 연결한 사각형을 □EFGH라고 해보죠.

평행사변형의 두 쌍의 대변의 길이는 같아요. 그래서 변의 중점에서 꼭짓점까지의 거리도 대변에서는 같아요.

평행사변형의 두 쌍의 대각의 크기는 같죠? ∠A = ∠C, ∠B = ∠D

△AEF와 △CGH는 SAS 합동이에요. 따라서 대응변인 이에요. 또 △BFG와 △DHE도 SAS 합동이에요. 따라서 대응변인 이죠

결국 □EFGH는 두 쌍의 대변의 길이가 같으니까 평행사변형이에요.

직사각형의 중점을 연결해서 만든 사각형 - 마름모

이번에는 직사각형 ABCD의 각 변의 중점을 연결해서 그린 사각형을 □EFGH라고 해보죠.

직사각형도 평행사변형의 한 종류이므로 각 대변의 중점에서 꼭짓점까지의 거리는 같아요.

그리고 직사각형의 네 내각의 크기는 모두 90°죠. ∠A = ∠B = ∠C = ∠D = 90°

△AEF와 △CGH, △BGF, △DEH 네 개의 삼각형은 모두 SAS합동이에요. 따라서  = 이므로 네 변의 길이가 모두 같죠.

결국 □EFGH는 네 변의 길이가 같은 마름모입니다.

마름모의 중점을 연결해서 만든 사각형 - 직사각형

마름모 ABCD의 각 변의 중점을 연결해서 그린 사각형 □EFGH입니다.

마름모는 네 변의 길이가 같으므로 중점에서 꼭짓점까지의 거리도 모두 같아요.

마름모도 평행사변형의 한 종류로 두 쌍의 대각의 크기가 같으므로 ∠A = ∠C, ∠B = ∠D예요.

SAS 합동에 의해서 △AEF와 △CGH가 합동이고, △BFG와 △DHE가 합동이에요. , 죠. □EFGH는 일단 평행사변형이네요.

그런데 이 네 삼각형은 이등변삼각형이므로 밑각의 크기가 같아요.

∠AFE = ∠AEF
∠BGF = ∠BFG
∠CGH = ∠CHG
∠DEH = ∠DHE

삼각형이 합동이므로 크기가 같은 각끼리 모으면
∠AFE = ∠AEF = ∠CGH = ∠CHG
∠BGF = ∠BFG = ∠DEH = ∠DHE죠.

평각인 ∠AFB와 ∠BGC의 크기를 삼각형의 내각 두 개와 사각형의 내각 한 개로 표시할 수 있죠?

∠AFB = 180° = ∠AFE + ∠BFG + ∠EFG
∠BGC = 180° = ∠BGF + ∠CGH + ∠FGH

연립방정식의 가감법처럼 두 식을 변변 빼보면
0° = (∠AFE - ∠CGH) + (∠BFG - ∠BGF) + (∠EFG - ∠FGH)
0° = ∠EFG - ∠FGH    (∵ ∠AEF = ∠CGH, ∠BFG = ∠BGF)
∠EFG = ∠FGH

□EFGH의 이웃한 두 각의 크기가 같다는 걸 알 수 있어요.

결국 □EFGH는 이웃한 두 각의 크기가 같은 평행사변형으로 직사각형이라는 걸 알 수 있지요.

그림으로 설명하면 쉬운데 말로 설명하려니 정말 어렵네요. 아래는 다른 설명이니까 위의 내용이 이해하기 어려우면 아래 내용을 보세요.

점 E와 점 G를 연결해서 를 그려보세요. □ABGE가 생기죠? 이므로 □ABGE는 평행사변형이에요. 따라서 는 와 평행이고 길이가 같아요.

이번에는 점 F와 점 H를 연결해서 를 그리세요. □AFHD가 생기는데, 이므로 □AFHD 역시 평행사변형이에요. 따라서 는 와 평행이고 길이가 같아요.

□ABCD는 마름모이므로 네 변의 길이가 같아요.  = 죠. 결국  = 예요. □EFGH에서 두 대각선의 길이가 같아요.

□EFGH은 두 대각선의 길이가 같은 평행사변형이므로 직사각형이에요.

정사각형의 중점을 연결해서 만든 사각형 - 정사각형

정사각형 ABCD의 각 변의 중점을 연결해서 □EFGH를 그려보죠.

정사각형은 네 변의 길이가 같으므로 중점에서 꼭짓점까지의 거리도 모두 같아요. 

정사각형이라서 □ABCD의 네 내각의 크기도 같지요. ∠A = ∠B = ∠C = ∠D = 90°

위 조건에 따라 네 삼각형 △AEF, △BFG, △CGH, △DHE는 SAS 합동이므로 □EFGH의 네 변의 길이는 모두 같아요. 일단 마름모에요.

그리고 네 개의 삼각형은 직각이등변삼각형이니까 한 내각의 크기는 90°고, 다른 두 내각의 크기는 45°죠. (이등변삼각형의 성질)

평각인 ∠AED의 크기를 삼각형의 내각 두 개와 사각형의 내각 한 개로 표시할 수 있죠?

∠AED = 180° = ∠AEF + ∠DEH + ∠FEH
∠FEH = 90°     (∵ ∠AEF = ∠DEH = 45°)

□EFGH는 네 변의 길이가 같고, 한 내각의 크기가 90°이므로 정사각형입니다.

등변사다리꼴의 중점을 연결하여 만든 사각형 - 마름모

사다리꼴의 중점 연결 정리에서 자세히 다루니까 이쪽으로 오세요. ㅎㅎ

사각형의 각 변의 중점을 연결해서 그린 사각형
평행사변형 → 평행사변형
직사각형 → 마름모
마름모 → 직사각형
정사각형 → 정사각형
평행사변형, 정사각형은 그대로, 직사각형, 마름모는 서로 반대로
등변사다리꼴 → 마름모

평행사변형 ABCD의 각 변의 중점을 연결하여 그린 사각형을 □EFGH라고 할 때, □EFGH의 성질이 아닌 것을 모두 고르시오.
(1) 두 쌍의 대변의 길이가 같다.
(2) 두 쌍의 대각의 크기가 같다.
(3) 두 대각선이 서로 이등분한다.
(4) 두 대각선은 서로 수직이다.
(5) 네 내각의 크기가 모두 같다.
(6) 네 변의 길이가 모두 같다.

평행사변형의 중점을 연결해서 그린 사각형은 평행사변형이에요. 따라서 보기 중에 평행사변형의 성질이 아닌 것을 고르면 되겠지요.

(1), (2), (3)은 평행사변형의 성질이 맞아요.

(4) 번은 마름모, 정사각형의 성질이고, (5) 번은 직사각형, 정사각형의 성질이죠. (6) 번은 마름모, 정사각형의 성질이네요. 따라서 답은 (4), (5), (6)이 되겠습니다.

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지금까지 사각형을 배워왔어요. 사각형별로 정의와 성질, 조건을 알아봤죠. 또 이러한 내용을 표로 정리도 해봤고요. 사각형의 정의와 성질, 조건

이 글에서는 이 사각형들의 다른 점을 비교하는 게 아니라 서로의 관련성을 알아볼 거예요. 서로 어떤 관계가 있는지 어떻게 하면 다른 사각형이 되는지요.

그리고 각 사각형의 특징을 가장 잘 알 수 있는 대각선에 대해서도 알아볼 거예요.

이미 배웠던 사각형의 정의와 성질, 조건을 잘 이해하고 있어야 해요.

여러 가지 사각형의 포함관계

그냥 사각형이 있어요.
이 사각형의 한 쌍의 대변이 평행하면 사다리꼴이에요.
사다리꼴에서 나머지 한 쌍의 대변도 평행하다면 모두 두 쌍의 대변이 평행하니까 평행사변형이 돼요.
평행사변형에서 내각의 크기가 모두 같으면 직사각형이죠? 또 평행사변형의 네 변의 길이가 모두 같으면 마름모에요.
직사각형의 네 변의 길이가 같거나 마름모의 네 각의 크기가 모두 같으면 정사각형이 되지요.

이걸 집합으로 표시해보면

⊃의 방향 잘 보세요. ⊃의 닫힌 쪽이 부분집합이에요. 또 {정사각형} = {직사각형} ∩ {마름모}이고요.

조건이 하나씩 추가될 때마다 사각형의 범위가 줄어들어요. 사각형들의 포함관계를 이해할 수 있겠죠? 아래는 벤다이어그램으로 표시한 거예요.

여러 가지 사각형의 조건

자 이제는 하나의 사각형이 어떤 조건을 갖추면 다른 형태의 사각형이 되는지 알아볼 거예요. 각 사각형의 정의와 조건에 대해서 잘 이해하고 있어야 하는 내용입니다.

위 그림에서 사각형의 포함관계도 엿볼 수 있는데요. 화살표를 받는 쪽이 화살표를 받는 쪽에 포함되는 사각형이에요.

화살표 옆에 숫자가 보이죠? 그 숫자에는 사각형이 되려면 갖추어야 할 조건을 적어볼까요?

①번은 그냥 사각형이 사다리꼴이 되는 조건이에요. 사다리꼴은 한 쌍의 대변이 평행한 사각형이죠? 따라서 ①번에는 "한 쌍의 대변이 평행"이라는 조건이 들어가야 해요. 사다리꼴의 정의

②번은 사다리꼴이 등변사다리꼴이 되는 조건이에요. 등변사다리꼴은 밑변의 양 끝각의 크기가 같은 사다리꼴이니까 ②번에는 "밑변의 양 끝각이 같다."라는 조건이 들어가면 되겠고요. 등변사다리꼴의 정의와 등변사다리꼴의 성질

③번은 사다리꼴이 평행사변형이 되는 조건이에요. 평행사변형이 되는 조건에서 총 다섯 가지의 조건을 알아봤어요. 그런데 사다리꼴이라는 전제가 주어져 있으니 다 쓰지는 않고, 이걸 이용하는 조건만 적어보죠. 사다리꼴은 이미 한 쌍의 대변이 평행하니까 나머지 한 쌍의 대변이 평행하면 두 쌍의 대변이 평행해지겠죠? 그래서 ③번에는 "다른 한 쌍의 대변도 평행"이라는 조건이 들어가면 되겠네요. 또 한 쌍의 대변이 평행하고 길이가 같으면 평행사변형이 될 수 있어요. 그래서 사다리꼴에서 "평행한 대변의 길이가 같다"가 되어도 괜찮습니다.

원래 조건이 5가지인데, 이건 그냥 사각형이나 사다리꼴이나 다 상관없이 적용되는 조건이니까 일반적인 사각형과 사다리꼴과 굳이 분리해서 생각할 필요는 없어요.

④번은 평행사변형이 직사각형이 되는 조건이에요. 직사각형은 네 내각의 크기가 모두 같은 사각형이에요. 따라서 평행사변형의 한 내각이 90°가 되면 직사각형이 되죠. ④번에는 한 내각의 크기가 90°라는 조건이 맞겠네요. 이걸 다르게 표현하면 이웃한 두 내각의 크기가 같다고도 할 수 있죠. 또는 직사각형의 두 대각선의 길이는 같으므로 이 조건을 써도 되고요. 직사각형이 되는 조건

⑤번은 평행사변형이 마름모가 되는 조건이에요. 마름모는 네 변의 길이가 모두 같은 사각형이에요. 평행사변형의 이웃한 두 변의 길이가 같으면 마름모가 되죠. 따라서 ⑤번에는 이웃한 두 변의 길이가 같다고 쓰면 되겠네요. 또 마름모는 두 대각선이 서로를 수직이등분하지요? 평행사변형의 두 대각선이 서로 직교하면 마름모가 되니까 이걸 ⑤번에 써도 상관없어요. 마름모가 되는 조건

직사각형이 정사각형이 되는 조건은 ⑤번이고, 마름모가 정사각형이 되는 조건은 ④번이에요. 번호가 같다는 건 그 조건도 같다는 거니까 위에 있는 걸 그대로 쓰면 되지요.

정리해보죠.

1. 사각형 → 사다리꼴
   • 한 쌍의 대변이 평행
2. 사다리꼴 → 등변사다리꼴
   • 밑변의 양 끝각의 크기가 같다.
3. 사다리꼴 → 평행사변형
   • 다른 한 쌍의 대변이 평행
   • 평행한 한 쌍의 대변의 길이가 같다.
   • 참고. 사각형 → 평행사변형의 조건은 총 5개
4. (평행사변형 → 직사각형) = (마름모 → 정사각형)
   • 한 내각의 크기 = 90°
   • 이웃한 두 내각의 크기가 같다.
   • 두 대각선의 길이가 같다.
5. (평행사변형 → 마름모) = (직사각형 → 정사각형)
   • 이웃한 두 변의 길이가 같다.
   • 두 대각선이 서로 직교

여러가지 사각형의 대각선

사각형의 특징을 가장 잘 나타내는 것 한 가지를 고르라고 하면 대각선이에요. 각 사각형별로 대각선이 어떤 특징을 나타내고 어떤 차이가 있는 지를 표로 나타내봤어요. 같은 성질을 지닌 게 하나도 없죠? 따라서 대각선만 잘 봐도 그 사각형이 어떤 사각형인지 알 수 있어요.

예를 들어 문제를 푸는데 사각형의 대각선이 서로 직교해요. 대각선의 길이도 같으면 그 사각형은 정사각형이고, 길이가 같지 않으면 마름모가 되는 거죠.

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사각형에 대해서 쭉 알아봤어요,

평행사변형, 직사각형, 마름모, 정사각형, 사다리꼴의 정의, 성질, 조건에 알아봤지요.

이 글에서는 이제까지 배웠던 사각형들의 내용을 합치고 정리해볼게요. 비슷한 것도 있고, 같은 것도 있고, 다른 것도 있으니까 잘 비교하고 구별해서 헷갈리지 않도록 하세요.

여기서는 각 사각형의 핵심적인 내용만 추릴 거니까, 자세한 내용이나 증명은 해당 글을 읽으세요.

아래에 표를 보면서 글자로 외우는 것도 좋지만 그림을 보면서 직접 펜으로 찍어가면서 외우세요. 예를 들면 펜으로 그림의 윗변과 아랫변을 가리키면서 "여기랑 여기랑 같고………" 뭐 이런 식으로 말이죠. 도형이니까 실제 도형을 보면서 그림에 맞게 외우는 것이 훨씬 더 좋은 방법이거든요.

여러 사각형의 정의와 성질, 조건

사각형의 정의와 성질, 조건

사각형	[정의]와 성질	조건
평행사변형	[두 쌍의 대변이 각각 평행한 사각형] 두 쌍의 대각의 크기가 각각 같다. 이웃한 두 내각의 크기의 합은 180° 두 쌍의 대변의 길이가 각각 같다. 두 대각선은 서로 다른 대각선을 이등분한다.	두 쌍의 대변이 평행한 사각형 두 쌍의 대변의 길이가 각각 같은 사각형 두 쌍의 대각의 크기가 각각 같은 사각형 두 대각선이 서로를 이등분하는 사각형 한 쌍의 대변이 평행하고, 그 길이가 같은 사각형
	평행사변형의 성질	평행사변형이 되는 조건
직사각형	[모든 내각의 크기가 같은 사각형 또는 한 내각의 크기가 90°인 평행사변형] (평행사변형의 성질) 두 대각선의 길이가 같다.	한 내각의 크기가 90° 또는 이웃하는 두 내각의 크기가 같은 평행사변형 두 대각선의 길이가 같은 평행사변형
	직사각형의 성질, 직사각형이 되는 조건
마름모	[네 변의 길이가 모두 같은 사각형] (평행사변형의 성질) 두 대각선이 서로를 수직이등분	이웃하는 두 변의 길이가 같은 평행사변형 두 대각선이 서로 직교하는 평행사변형
	마름모의 성질, 마름모가 되는 조건
정사각형	[네 각의 크기가 모두 같고, 네 변의 길이가 모두 같은 사각형] (평행사변형의 성질) (직사각형의 성질) (마름모의 성질)	이웃하는 두 변의 길이가 같은 직사각형 두 대각선이 서로 직교하는 직사각형 한 내각이 90° 또는 이웃하는 두 내각의 크기가 같은 마름모 두 대각선의 길이가 같은 마름모
	정사각형의 성질, 정사각형이 되는 조건
등변사다리꼴	[한 쌍의 대변이 평행하고 밑변의 양 끝각의 크기가 같은 사각형] 평행하지 않은 한 쌍의 대변의 길이가 같다. 대각선의 길이가 같다.
	등변사다리꼴의 정의와 성질

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정사각형의 성질, 정사각형이 되는 조건
사다리꼴의 정의, 등변사다리꼴의 정의와 등변사다리꼴의 성질

이제 사다리꼴이에요. 사다리꼴은 이름 그대로 사다리처럼 생긴 도형이에요.

사다리꼴은 앞에서 했던 평행사변형, 직사각형, 마름모, 정사각형과 달라요. 직사각형, 마름모, 정사각형은 모두 평행사변형에서 조금씩 변형되어 왔던 건데요. 사다리꼴은 평행사변형과 관계가 없어요. 크게 관계가 없는 대신 제일 헷갈릴 수 있는 게 사다리꼴이에요. 특히 평행사변형과의 차이에 대해서 잘 구별하세요.

사다리꼴 중에서도 등변사다리꼴에 대해서 배울 겁니다. 그냥 사다리꼴과 등변사다리꼴은 뭐가 다른 지도 잘 알고 있어야 합니다.

사다리꼴의 정의, 등변사다리꼴의 정의

평행사변형은 두 쌍의 대변이 평행한 사각형이에요. 반면에 사다리꼴은 한 쌍의 대변이 평행한 사각형입니다. 차이가 분명하죠?

등변사다리꼴은 사다리꼴 중에서 밑변의 양 끝각의 크기가 같은 사다리꼴을 말해요. 밑변의 양끝각의 크기가 같으면 윗변의 양 끝각의 크기도 서로 같아요.

주의하세요. 등변사다리꼴은 두 쌍의 대변이 아니라 한 쌍의 대변이 평행하고, 대각이 아니라 밑변의 양 끝각의 크기가 같아요.

사다리꼴: 한 쌍의 대변이 평행한 사각형
등변사다리꼴: 밑변의 양 끝각의 크기가 서로 같은 사다리꼴

등변사다리꼴의 성질

등변사다리꼴의 성질이에요. 일반적인 사다리꼴의 성질이 아니니까 주의하세요.

등변사다리꼴에서 평행하지 않은 한 쌍의 대변은 길이가 같아요. 또 대각선의 길이도 같고요.

평행하지 않은 한 쌍의 대변의 길이가 같다.

등변사다리꼴은 // 이고, ∠B = ∠C에요.

점 D에서 와 평행인 선을 그리고, 와의 교점을 점 E라고 해보죠.

∠B와 ∠DEC는 평행선의 동위각으로 그 크기가 같아요. ∠B = ∠C이므로 ∠C = ∠DEC가 되죠.

이등변삼각형이 되는 조건에 따라 두 밑각의 크기가 같으므로 △DEC는 이등변삼각형이에요. =

□ABED는 두 쌍의 대변이 평행한 평행사변형이죠. 평행사변형의 성질에서 두 대변의 길이는 같으므로 =입니다.

결국 == 로 등변사다리꼴에서 평행하지 않은 한 쌍의 대변은 길이가 같아요.     (증명 끝.)

사실 등변사다리꼴에서 등변이라는 말은 변의 길이가 같다는 뜻이에요.

두 대각선의 길이가 같다.

△ABC와 △DCB를 보세요.

바로 위의 등변사다리꼴의 성질에서 평행하지 않은 한 쌍의 대변은 길이가 같다고 했으니  = ………(1)

등변사다리꼴에서 두 밑각의 크기가 같다고 했으니까 ∠B = ∠C ………(2)

는 공통 ………(3)

(1), (2), (3)에 의해서 두 삼각형은 SAS 합동이에요. △ABC ≡ △DCB

대응변인 가 되죠.     (증명 끝.)

등변사다리꼴의 성질
평행하지 않은 한 쌍의 대변의 길이가 같다.
두 대각선의 길이가 같다.

함께 보면 좋은 글

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평행사변형이 되는 조건
직사각형의 성질, 직사각형이 되는 조건
마름모의 성질, 마름모가 되는 조건
정사각형의 성질, 정사각형이 되는 조건
사각형의 정의와 성질, 조건

이 글에서 내울 내용은 정사각형의 정의와 정사각형의 성질, 정사각형이 되는 조건이에요.

사실 정사각형은 이미 1학년 때 공부한 적이 있어요. 내각과 외각을 배우는 과정에서 정다각형이라는 걸 배웠거든요. 정사각형은 정다각형의 한 종류에요.

정사각형은 새로운 내용을 배우진 않습니다. 앞에서 배웠던 사각형들 평행사변형, 직사각형, 마름모의 정의와 성질, 조건을 잘 기억하고 있으면 돼요. 새로운 내용을 공부한다기보다는 "앞에서 배웠던 사각형의 성질을 복습하는 구나" 정도로 생각하시면 쉽게 이해할 수 있을 거예요.

정사각형의 정의

1학년 때 다각형, 정다각형 단원에서 정다각형의 정의를 배웠는데, 기억하고 있죠? 정다각형은 내각의 크기가 모두 같고, 변의 길이도 모두 같은 도형이라고 배웠어요.

정사각형은 각과 변이 4개씩 있으니까 네 각의 크기가 모두 같고, 네 변의 길이가 같은 사각형을 말하는 거죠.

네 각의 크기가 모두 같은 사각형은 직사각형이에요. 또 네 변의 길이가 모두 같은 사각형은 마름모지요. 정사각형은 직사각형과 마름모의 조건을 모두 만족시키는 사각형이네요. 집합으로 표시하면 {정사각형} = {직사각형} ∩ {마름모}가 돼요.

정사각형의 성질

정사각형은 직사각형이면서 동시에 마름모이기도 해요. 직사각형과 마름모는 평행사변형의 한 종류고요. 따라서 정사각형은 직사각형의 성질과 마름모의 성질, 평행사변형의 성질을 모두 가져요.

평행사변형의 성질, 직사각형의 성질, 마름모의 성질을 정리해보죠.

• 두 쌍의 대변의 길이가 같다. (평행사변형의 성질)
• 두 쌍의 대각의 크기가 같다. (평행사변형의 성질)
• 대각선은 서로 다른 대각선을 이등분한다. (평행사변형의 성질)
• 두 대각선의 길이가 같다. (직사각형의 성질)
• 두 대각선은 서로 다른 대각선을 수직이등분한다. (마름모의 성질)

위에 나오는 성질 전부가 정사각형의 성질이에요. 이미 앞 글에서 다 증명을 했으니까 이 글에서는 증명을 생략하도록 할게요.

정사각형이 되는 조건

직사각형이 정사각형이 되는 조건

정사각형은 직사각형과 마름모의 조건을 모두 갖춰야 해요. 직사각형이 정사각형이 되려면 추가로 마름모의 성질을 가지고 있어야겠죠? 그리고 직사각형은 평행사변형의 한 종류에요. 따라서 직사각형이 정사각형이 되려면 평행사변형이 마름모가 되는 것과 같은 조건이 필요해요.

(직사각형이 정사각형이 되는 조건) = (평행사변형이 마름모가 되는 조건)
이웃하는 두 변의 길이가 같다.
두 대각선이 서로 직교한다.

마름모가 정사각형이 되는 조건

마찬가지에요. 정사각형은 직사각형과 마름모의 조건을 모두 갖춰야 해요. 마름모가 정사각형이 되려면 추가로 직사각형의 성질을 가지고 있어야겠죠? 그리고 마름모도 역시 평행사변형의 한 종류라서 마름모가 정사각형이 되려면 평행사변형이 직사각형이 되는 것과 같은 조건이 필요해요.

(마름모가 정사각형이 되는 조건) = (평행사변형이 직사각형이 되는 조건)
한 내각이 90° 또는 이웃하는 두 내각의 크기가 같다.
두 대각선의 길이가 같다.

□ABCD가 정사각형일 때, 아래 물음에 답하여라.
(1) ∠BOC의 크기를 구하여라.
(2) △OBC는 어떤 삼각형인가?

(1) □ABCD가 정사각형이므로 마름모의 성질을 가지고 있어요. 마름모의 두 대각선은 서로를 수직이등분하지요. 따라서 ∠BOC = 90°에요.

(2) □ABCD가 정사각형이므로 직사각형의 성질을 가지고 있어요. 직사각형의 성질에 따르면 두 대각선은 길이가 같고, 마름모의 성질에 따르면 대각선은 서로를 이등분하지요. 에요. 따라서 △OBC는 두 변의 길이가 같고, 그 끼인각이 직각인 직각이등변삼각형입니다.

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이번에는 마름모입니다. 마름모는 다 알잖아요. 다이아몬드처럼 생긴 거. 보통 그렇게 그리잖아요. 직사각형과 마찬가지로 마름모의 정의와 마름모의 성질, 마름모가 되는 조건을 알아보죠. 또 각 내용을 증명해보고요.

평행사변형, 직사각형, 마름모가 나오면서 각 사각형의 정의와 성질, 조건이 헷갈릴 수 있어요. 주의해서 보세요. 앞으로도 더 많은 사각형이 나오니까 벌써 헷갈리기 시작하면 안 돼요.

마름모의 정의

마름모는 네 변의 길이가 모두 같은 사각형으로 정의해요.

네 변의 길이가 모두 같으니까 마주 보는 대변의 길이도 같겠죠? 평행사변형이 되는 조건에서 두 쌍의 대변의 길이가 같으면 평행사변형이라고 했어요. 그러니까 마름모도 평행사변형이에요

직사각형도 평행사변형의 한 종류였죠? 마름모도 평행사변형의 한 종류에요. 하지만 직사각형과 마름모 사이에는 아무런 관계가 없으니까 주의하세요.

마름모의 성질

마름모는 평행사변형의 한 종류라서 평행사변형의 성질을 모두 가져요. 여기에 하나가 추가됩니다.

평행사변형의 성질은 세 가지가 있었어요.

• 두 쌍의 대변의 길이가 각각 같다.
• 두 쌍의 대각의 크기가 각각 같다.
• 대각선은 서로 다른 대각선을 이등분한다.

마름모는 두 대각선이 서로 수직이등분해요. 평행사변형에서는 대각선이 서로 이등분만 했는데, 마름모는 여기에 수직으로 이등분합니다.

두 대각선은 서로 다른 것을 수직이등분

마름모의 대각선이 서로 수직이등분하는 것을 증명해보죠. 마름모는 평행사변형의 한 종류에요. 따라서 대각선은 서로 이등분하죠. 이등분하는 건 알고 있으니까 여기서는 두 대각선이 서로 수직인지만 증명하면 돼요.

마름모에 대각선을 그었어요. 두 대각선의 교점을 O라고 해보죠.

△OAB와 △OAD를 보세요.

마름모는 네 변의 길이가 모두 같으니까  = ……… (1)

마름모는 평행사변형이므로 대각선은 다른 대각선을 이등분해요.  = ……… (2)

는 공통이죠. ……… (3)

(1), (2), (3)에 의해서 두 삼각형은 SSS합동이에요. △OAB ≡ △OAD

대응각인 ∠AOB = ∠AOD가 되는데, 두 각의 합은 평각인 180°에요. 크기가 같은 두 각의 합이 180°니까 ∠AOB = ∠AOD = 90°가 됩니다.

따라서 입니다.      (증명 끝.)

마름모: 네 변의 길이가 모두 같은 사각형. 평행사변형의 한 종류
마름모의 성질: (평행사변형의 성질) + 두 대각선은 서로 다른 것을 수직이등분

평행사변형이 마름모가 되는 조건

이웃하는 두 변의 길이가 같다.

평행사변형은 두 쌍의 대변의 길이가 같아요. 그런데 바로 이웃한 변의 길이가 같으면 결국 네 변의 길이가 같아지는 거예요. 네 변의 길이가 같은 사각형을 마름모라고 정의했으니까 이 경우에 평행사변형이 마름모가 되는 거죠.

두 대각선이 서로 직교한다.

마름모의 성질 중에 두 대각선을 서로 다른 것을 수직이등분한다고 했죠? 증명할 때는 두 대각선이 직교하는 것만 증명했어요. 이걸 거꾸로 하면 바로 마름모가 되는 조건이 되는 겁니다.

평행사변형의 두 대각선이 직교하면 마름모가 되는지 증명해볼까요? △OAB와 △OAD를 보세요.

평행사변형의 대각선은 서로를 이등분하니까  = 에요. ……… (1)

두 대각선이 직교한다고 했으니 ∠AOB = ∠AOD = 90° ……… (2)

는 공통 ……… (3)

(1), (2), (3)에 의해 두 삼각형은 SAS 합동이에요. △OAB ≡ △OAD

대응변인  = 죠. 평행사변형의 두 쌍의 대변은 길이가 같으므로 인데,  = 라고 했으니까 결국 네 변의 길이가 모두 같아요.

따라서 평행사변형의 두 대각선이 직교하면 이 평행사변형은 마름모가 됩니다.     (증명 끝.)

평행사변형이 마름모가 되는 조건
1. 이웃하는 두 변의 길이가 같다.
2. 두 대각선이 서로 직교한다.

□ABCD가 평행사변형이고, 각의 크기가 그림과 같을 때 ∠ACD의 크기를 구하여라.

조금 어려운 문제일 수 있어요.

□ABCD가 평행사변형이므로 ∠CAD = ∠ACB = 50°가 돼요. (엇각)
그러면 △OBC에서 두 내각의 크기가 40°, 50°이므로 ∠BOC = 90°가 되지요.

두 대각선의 교각이 90°니까 두 대각선은 서로 수직이등분합니다. 즉 이 평행사변형은 그냥 평행사변형이 아니라 마름모인 거죠.

마름모는 네 변의 길이가 같으므로 △BCD는 이등변삼각형이 돼요. 이등변삼각형의 성질에서 두 밑각은 크기가 같다고 했잖아요. 따라서 ∠DBC = ∠BDC = 40°가 됩니다. ∠BCD = 180° - 80° = 100°인데, ∠ACB = 50°이므로 ∠ACD = 50°가 됩니다.

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평행사변형에 이어 사각형 두 번째입니다. 바로 직사각형이에요. 직사각형이 어떤 건지는 모두 알고 있을 거예요. 직각으로 이루어진 사각형이죠.

이 글에서는 직사각형의 성질과 어떤 조건을 만족해야 직사각형이 되는지 알아볼 거예요.

직사각형의 성질과 조건은 평행사변형의 성질과 조건의 연장선에 있어요. 둘의 내용이 많이 다르지 않으니까 이해하기도 쉽지만, 헷갈리지 않게 잘 보세요.

직사각형의 정의

직사각형은 네 개의 내각의 크기가 모두 같은 사각형으로 정의합니다. 다각형 내각의 크기의 합에서 사각형 내각의 크기의 합은 360°이기 때문에 한 내각의 크기는 360° ÷ 4 = 90°가 되겠죠.

네 내각의 크기가 90°로 모두 같으니까 마주보는 두 쌍의 대각의 크기가 서로 같아요. 따라서 직사각형은 평행사변형의 한 종류라고 할 수 있어요.

직사각형을 한 내각의 크기가 90°인 평행사변형이라고 정의하기도 합니다. 한 내각의 크기가 90°이면 평행사변형의 성질 중 대각의 크기가 서로 같다는 성질에 의해서 마주 보는 각의 크기도 90°가 돼요. 나머지 두 각의 크기의 합이 180°가 되어야 하는데, 이 두 각의 크기도 같으니까 각각 90°가 되어서 결국 네 각의 크기가 모두 90°로 같아지는 거죠.

직사각형의 성질

직사각형은 평행사변형의 한 종류이기 때문에 평행사변형의 성질을 모두 갖고 있어요. 여기에 하나가 더 추가됩니다.

먼저 평행사변형의 성질을 정리해볼까요?

• 두 쌍의 대변의 길이가 각각 같다.
• 두 상의 대각의 크기가 각각 같다.
• 대각선은 서로 다른 대각선을 이등분한다.

위 세 가지 성질에 추가되는 게 두 "대각선의 길이가 같다."입니다.

대각선의 길이가 같다

직사각형에 대각선을 두 개 그었어요. △ABC와 △DCB를 보세요.

평행사변형의 성질에 의해 두 대변의 길이가 같으니까 = 에요. …… (1)

또 직사각형은 내각의 크기가 모두 90°니까 ∠ABC = ∠DCB = 90°죠. …… (2)

는 공통이고요. …… (3)

(1), (2), (3)에 의해서 두 삼각형은 SAS합동이에요. △ABC ≡ △DCB

대응변이라서 가 되는 거죠.     (증명 끝.)

직사각형: 내각의 크기가 모두 같은 사각형 or 한 내각의 크기가 90°인 평행사변형
직사각형의 성질: (평행사변형의 성질) + 대각선의 길이가 같다.

평행사변형이 직사각형이 되는 조건

한 내각의 크기가 90° 또는 이웃하는 두 내각이 크기가 같다.

평행사변형의 한 내각의 크기가 90°면 직사각형이 될 수 있어요. 평행사변형은 두 대각의 크기가 같아요. 직사각형의 정의에서 설명한 것처럼 한 내각의 크기가 90°가 되면 마주 보는 각도 90°가 되고, 나머지 두 각도 90°가 되기 때문에 모든 내각의 크기가 90°가 돼요.

평행사변형의 이웃하는 두 내각의 크기가 같으면 직사각형이 될 수 있어요. 평행사변형의 성질에서 이웃하는 두 내각의 크기는 180°라는 걸 알고 있어요. 두 각의 크기가 같은데 더했더니 180°가 되려면 한 내각의 크기가 90°라는 말이 되죠? 한 내각의 크기가 90°면 직사각형이 되는 건 바로 윗줄에서 설명했어요.

대각선의 길이가 같다.

평행사변형이 되는 조건에서도 평행사변형의 성질을 거꾸로 해서 평행사변형이 되는 조건이 되는 걸 봤어요. 여기서도 마찬가지로 직사각형의 성질을 거꾸로 하면 직사각형이 되는 조건이 되는 거예요.

직사각형의 성질 중에 두 대각선의 길이가 같다는 성질이 있었어요. 이 성질을 거꾸로 해서 두 대각선의 길이가 같으면 직사각형이 되는 거죠.

△ABC와 △DCB를 보세요.

두 대각선의 길이가 같으니까 에요.…… (1)

평행사변형의 성질에 의해 두 대변의 길이가 같으니까 = 에요. …… (2)

는 공통이고요. …… (3)

(1), (2), (3)에 의해서 두 삼각형은 SSS합동이에요. △ABC ≡ △DCB

합동이니까 대응각의 크기가 같겠죠? ∠B = ∠C가 됩니다. 그런데 ∠B와 ∠C는 이웃하는 두 내각이에요. 이웃하는 두 내각의 크기의 합은 180°인데, 크기가 같으니까 ∠B = ∠C = 90°가 되죠. 대각의 크기도 서로 같으므로 평행사변형의 내각이 모두 90°가 되요.

따라서 평행사변형에서 두 대각선의 길이가 같으면 직사각형이 돼요.     (증명 끝.)

평행사변형이 직사각형이 되는 조건
1. 한 내각의 크기가 90° 또는 이웃하는 두 내각이 크기가 같다.
2. 대각선의 길이가 같다.

아래 그림에서 평행사변형 ABCD가 직사각형이 되는 조건이 아닌 것을 고르시오.

(1)           (2) ∠C = 90°          (3)
(4) ∠B = ∠C        (5)

평행사변형이 직사각형이 되는 조건들을 쭉 나열해보죠.

첫 번째는 한 내각의 크기가 90°일 때에요. (2)가 여기에 해당하네요.
두 번째는 이웃한 두 내각의 크기가 같을 때에요. (4)가 해당하고요.
세 번째는 두 대각선의 길이가 같아야 해요. (1)이 해당하네요.

남은 건 (3)번과 (5)번인데요. 평행사변형에서 두 대각선은 서로 다른 대각선을 이등분해요. 따라서 라는 말은 라는 얘기죠. 즉 가 된다는 것과 같은 말이에요. (5) 번도 맞는 얘기입니다.

(3) 번은 그냥 평행사변형의 조건 중 하나일 뿐이에요. 따라서 조건이 아닌 것은 (3)번이네요.

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평행사변형에 대해서 공부하고 있는데요. 이번에는 평행사변형의 넓이에 대해서 알아볼 거예요.

평행사변형도 사각형이니까 넓이를 구하는 건 알고 있을 거예요.

여기서는 평행사변형을 여러 개의 삼각형으로 나누고, 그 삼각형들의 넓이에는 어떤 관계가 있는지 알아볼 거예요. 또 그 삼각형들의 넓이와 평행사변형의 넓이 사이의 관계도 알아볼 거고요.

삼각형의 넓이를 비교할 때, 평행사변형의 성질을 이용하니까 앞의 내용에 대한 이해가 있어야 해요.

평행사변형과 넓이

대각선을 하나만 그었을 때

평행사변형 □ABCD에 대각선을 하나 그으면 아래 그림처럼 두 개의 삼각형으로 나뉘어요. 두 삼각형의 넓이를 알아보죠.

평행사변형의 성질에서 두 대변의 길이가 각각 같다고 했으니,  = 입니다. △ABC에서 밑변은 , 높이는 점 A에서 까지의 거리죠. △CDA에서 밑변은 , 높이는 점 C에서 까지의 거리에요.

두 삼각형 △ABC와 △CDA에서 밑변의 길이와 높이가 같으므로 두 삼각형의 넓이는 같아요. S₁ = S₂. 두 삼각형 넓이의 합이 전체 평행사변형의 넓이와 같고, 두 삼각형은 서로 넓이가 같으므로 삼각형 한 개의 넓이는 전체 사각형 넓이의 이죠.

대각선을 두 개 그었을 때

이번에는 □ABCD에 대각선을 두 개 그었어요. 네 개의 삼각형이 생겼네요. 두 대각선의 교점을 O라고 해보죠. 평행사변형의 성질에서 대각선은 서로 다른 대각선을 이등분한다고 했어요. 따라서  = ,  = 입니다.

△OAB와 △OCD를 볼까요?  = ,  = 이고, 맞꼭지각으로 ∠AOB = ∠COD에요. 두 삼각형은 SAS합동이죠. 합동이니까 넓이가 같아요. S₁ = S₃

△OAD와 △OCB도 SAS 합동이므로 넓이가 같죠. S₂ = S₄

△OAB와 △OAD를 보세요. 두 삼각형은 밑변의 길이가 같고( = ), 높이도 점 A에서 까지의 거리로 같아요. 따라서 넓이도 같죠. S₁ = S₄

결국 S₁ = S₂ = S₃= S₄가 됩니다. 네 삼각형 넓이의 합은 전체 평행사변형의 넓이와 같고, 네 삼각형의 넓이가 서로 모두 같으니 삼각형 하나의 넓이는 전체 사각형 넓이의 이 되겠죠?

평행사변형 □ABCD의 넓이가 60cm²일 때 색칠한 △OAB의 넓이를 구하여라.

평행사변형에 대각선을 그어서 생기는 네 개의 삼각형은 모두 넓이가 같아요. 또 전체 평행사변형의 넓이의 입니다.

△OAB =  × 60

△OAB = 15(cm²)

임의의 점에서 꼭짓점으로 선을 그었을 때

이번에는 평행사변형 □ABCD 내부에 대각선의 교점이 아닌 임의의 점 P를 잡아요. 점 P에서 네 꼭짓점에 선을 그으면 네 개의 삼각형이 생기죠. 이 네 삼각형의 넓이 관계에 대해서 알아볼까요?

, 와 평행하고 점 P를 지나는 직선을 그어보죠. 또 , 와 평행하고 점 P를 지나는 직선을 그려보죠.

두 직선 때문에 □ABCD에 총 네 개의 평행사변형이 만들어졌어요. 이 글 처음에 나온 것처럼 평행사변형을 구성하는 두 개의 삼각형은 넓이가 같잖아요. 작은 평행사변형에서 넓이가 같은 삼각형끼리 번호를 붙였어요.

그림에서 같은 색으로 칠해진 삼각형의 넓이를 구해보죠. 노란색으로 된 부분은 (△PAB의 넓이) + (△PCD의 넓이) = S₁ + S₃  = ① + ② + ③ + ④에요. 연두색으로 된 부분은 (△PAD의 넓이) + (△PBC의 넓이) = S₂ + S₄ = ① + ② + ③ + ④죠. 따라서 S₁ + S₃ = S₂ + S₄가 성립하죠.

평행사변형 내부에 임의의 점 P에서 네 꼭짓점으로 선을 그었을 때, 마주 보는 삼각형의 넓이의 합이 서로 같아요. 이 두 부분의 넓이가 같으므로 각 영역은 전체 사각형 넓이의 절반이 되죠.

여기는 S₁, S₂, S₃, S₄의 넓이가 같지 않아요. 이 점에 주의하세요.

평행사변형 □ABCD의 내부에 임의의 점 P를 잡고, 꼭짓점에 선을 그었더니 네 개의 사각형이 생겼다. 평행사변형 □ABCD의 넓이가 100cm²이고, △PAB의 넓이가 30cm²일 때, △PCD의 넓이를 구하여라.

위 그림에서 △PAB + △PCD = □ABCD이므로

30 + △PCD =  × 100

△PCD = 20(cm²)

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