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무리수는 제곱근만 있는 경우도 있고, 제곱근과 유리수가 더해진 형태도 있어요. 도 무리수지만 2 + 도 무리수지요.

여러 형태로 되어 있는 무리수 중에서 서로 같은 무리수를 찾는 방법에 대해서 공부해보죠.

무리수가 서로 같을 조건은 복소수가 같을 조건과 비슷하니까 별로 어렵지는 않아요. 복소수를 실수 부분과 허수 부분으로 나눴던 것처럼 무리수를 유리수 부분과 무리수 부분으로 나눠서 생각하면 돼요.

무리수가 서로 같을 조건

a + b(a, b는 유리수)이라는 수가 있다고 해보죠.

b = 0이면 a만 남는데, a + b = a가 돼서 유리수예요. a = 0이면 a + b = 0이 되고요. 반대로 얘기하면 a + b = 0이 되려면 a = 0, b = 0이 되어야 하죠. b ≠ 0이면 제곱근이 남아서 전체적으로는 무리수가 되고요.

a + b = c + d을 볼까요. 제곱근의 덧셈에 따르면 근호 안의 문자나 숫자가 같은 제곱근끼리만 덧셈, 뺄셈을 할 수 있으니까 이항해서 동류항 정리를 하면 아래처럼 돼요.

a + b = c + d
(a - c) + (b - d) = 0

우변이 0이 되려면 a - c = 0이어야 하고, b - d = 0이 되어야 해요. 따라서 a = c, b = d입니다. 유리수 부분은 유리수 부분끼리 같고, 무리수 부분은 무리수 부분끼리 같아야 해요. 복소수가 같을 조건에서도 실수 부분끼리, 허수 부분끼리 같아야 했었죠?

a, b, c, d가 유리수이고, , 이 무리수일 때
a + b = 0 ⇔ a = 0, b = 0
a + b = c + d ⇔ a = c, b = d
a + b = c + d ⇔ a = c, b = d

마지막에는 근호 속의 문자가 같은 것끼리 이항해서 계산해보면 돼요.

제곱근의 덧셈과 뺄셈을 이용해서 증명해봤는데, 항등식의 성질을 이용해도 증명할 수 있어요. 양변이 같다는 건 항등식이니까요. 을 하나의 문자처럼 생각하고 문자의 계수가 같은 것끼리 같으면 양변이 같아요.

x³ + x² - 4x + 8 - 12가 0이 아닌 유리수일 때, 정수 x의 값을 구하여라.

a + b 꼴이 유리수가 되려면 무리수 앞의 숫자 b = 0이어야 해요. 그런데 전체가 0이 아니라고 했으니까 a ≠ 0이 아니어야 하죠. 유리수 부분과 무리수 부분을 따로 인수분해해보죠.

x³ + x² - 4x + 8 - 12
x³ + 8 + (x² - 4x - 12)
= (x + 2)(x² - 2x + 4) + (x - 6)(x + 2)

일단 유리수가 되려면 (x - 6)(x + 2) = 0이어야 하므로 x = -2, 6이에요. 그런데 그냥 유리수가 아니라 0이 아닌 유리수라고 했으니까 (x + 2)(x² - 2x + 4) ≠ 0이어야 해서 x ≠ -2입니다.

따라서 답은 x = 6이네요.

만약에 x³ + 8 + (x² - 4x - 12)가 0이라면 답은 어떻게 바뀔까요? a + b이 0이 되려면 a = 0, b = 0이에요. 따라서 (x - 6)(x + 2) = 0, (x + 2)(x² - 2x + 4) = 0을 만족하는 x = -2가 되어야 하죠.

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수학에서 사용하는 가장 기초적인 부분이 바로 숫자에요. 이 글에서는 숫자의 체계에 대해서 한 번 더 정리합니다. 이미 알고 있는 거니까 간단하게 보고 넘어가죠.

연산에 대해서 닫혀있다는 용어에 대해서 공부할 거예요. 사실 아주 중요한 내용은 아닌데요, 다음에 공부할 항등원과 역원의 전제조건이 되는 내용이기 때문에 이해는 하고 있어야 해요.

복잡하지는 않으니까 가볍게 읽는다는 생각으로 공부하세요.

실수 체계, 실수의 분류

실수 체계는 [중등수학/중3 수학] - 무리수와 실수, 실수체계에서 공부한 적이 있어요. 한 번 정리해보죠.

이 두 그림이면 실수체계에 대해서는 완전히 설명할 수 있으니까 잘 익혀두세요. 앞으로 실수 범위를 넘어선 수의 체계를 공부할 건데 그것과 헷갈리면 안 되니까요.

문제에서 수에 대해서 아무런 언급이 없다면 실수 범위의 수를 사용한다고 생각하세요.

연산에 대하여 닫혀있다

공집합이 아닌 어떤 집합 S에서 임의의 원소 2개를 뽑아서 어떤 연산을 한 결과가 항상 집합 S의 원소일 때, 집합 S는 그 연산에 대해서 닫혀있다고 합니다.

예를 들면 자연수의 집합에서 임의의 두 수를 뽑아서 더하면 그 결과인 수는 다시 자연수 집합의 원소가 되잖아요. 이때, 자연수 집합은 덧셈에 대하여 닫혀있다고 하는 거지요.

임의의 원소 2개는 같을 수도 있고 다를 수도 있어요. 그리고 최소한 1개의 원소를 선택해야 하니까 원소가 하나도 없는 공집합은 제외합니다. 닫혀있다의 반대는 "열려있다"가 아니라 "닫혀있지 않다."에요.

아래 표는 수의 체계와 사칙연산에 대하여 닫혀있는지를 나타내는 표에요. 이 표를 잘 이해하세요. 객관식 문제로 자주 나옵니다. 나눗셈에서 0으로 나누는 건 제외해요.

어떤 수 집합이 닫혀있지 않다는 것을 증명하려면 명제의 참, 거짓에서 사용했던 것처럼 반례를 하나만 찾으면 돼요.

자연수에서 1 - 2 = -1로 결과가 자연수가 아니에요. 따라서 자연수는 뺄셈에 대해서 닫혀있지 않죠. 마찬가지로 1 ÷ 2 = ½로 자연수가 아니어서 나눗셈에 대해서도 닫혀있지 않아요. 덧셈과 곱셈에 대해서는 닫혀있어요.

정수는 1 ÷ 2 = ½로 정수가 아니라서 정수는 나눗셈에 대해서 닫혀있지 않아요. 덧셈, 뺄셈, 곱셈에 대해서는 닫혀있어요.

무리수는 사칙연산 모두에 대하여 닫혀있지 않아요.  + (-) = 0으로 유리수고요.  -  = 0으로 유리수, × = 2로 유리수, ÷ = 1로 유리수잖아요.

유리수와 실수는 어떤 수를 사용해도 사칙연산한 결과가 유리수, 실수가 나와요. 따라서 유리수와 실수는 사칙연산에 대해서 닫혀있어요.

집합 S = {-1, 0, 1}일 때, 사칙연산 중 어느 연산에 대하여 닫혀있는가? (단, 0으로 나누는 것은 제외)

연산에 대하여 닫혀있으려면 집합의 임의의 원소 두 개를 선택해서 연산한 결과가 다시 집합의 원소여야 돼요.

원소가 몇 개 안 되니까 직접 연산을 해서 결과를 찾아보죠.

덧셈과 뺄셈의 연산 결과에서는 집합 S의 원소가 아닌 -2, 2가 있어서 집합 S는 덧셈과 뺄셈에 대해서는 닫혀있지 않네요. 곱셈과 나눗셈은 연산 결과가 모두 집합 S = {-1, 0, 1}에 포함되어 있어요. 따라서 집합 S는 곱셈과 나눗셈에 대하여 닫혀있어요.

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소수는 소수점 앞의 정수부분과 소수점 뒤의 소수부분으로 이루어져 있어요. 일반적인 유리수라면 소수점을 기준으로 해서 간단하게 구별할 수 있지만 무리수는 딱 떨어지는 숫자가 아니라 순환하지 않는 무한소수예요. 소수부분이 끝도 없이 계속되니까 그냥 0.xxx라는 숫자로 표현하기에는 정확하지 않아요.

이 글에서는 유리수처럼 무리수의 정수부분과 소수부분을 나누는 방법과 소수부분의 정확한 값을 구하는 방법을 공부할 거예요. 정수부분만 잘 구하면 소수부분 구하는 건 쉬워요.

무리수의 정수부분과 소수부분

는 1보다는 크고, 2보다는 작아요. 1 < < 2

제곱근의 값을 구하면 ≒ 1.414 인데, 1 + 0.414로도 쓸 수 있죠? 여기서 소수점 앞의 1을 정수부분, 소수점 뒤의 0.414를 소수부분이라고 해요.

처럼 제곱근의 값을 알고 있을 때는 그 값을 이용해서 구할 수도 있지만, 제곱근의 값을 모를 때는 제곱근의 대소 관계를 통해서도 구할 수 있어요.

이므로  의 정수부분은 2

이므로 의 정수부분은 3

무리수가 하나만 있을 때는 정수부분을 구할 수 있겠죠? 그리고  + 2처럼 무리수와 다른 수의 합, 차일 때는 일단 무리수의 정수부분만 구하고 거기에 유리수를 더해주면 됩니다.

2 <  < 3 에서 모든 변에 +2를 해주는 거죠. 부등식의 성질에 따르면 똑같은 수를 더해줘도 부등호의 방향은 바뀌지 않아요.

2 + 2 <  + 2 < 3 + 2
4 < + 2 < 5

따라서  + 2의 정수부분은 4

정수부분을 구하고 나면 소수부분을 구해야 하는데,  ≒ 1.414에서 소수부분 0.414는 정확한 값이 아니라 대략적인 값이죠? 정확한 값을 구하는 다른 방법이 있어요.

(무리수) = (정수부분).(소수부분)으로 되어 있지요? 이건 (정수부분) + (소수부분)이라고 쓸 수 있어요. 이 식에서 (정수부분)을 이항하면 우변에 소수부분만 남아요. (소수부분) = (무리수) - (정수부분). 정수부분은 위에서 구했으니까 바로 대입할 수 있겠죠?

무리수 = 정수부분 + 소수부분    (0 ≤ 소수부분 < 1)
정수부분은 제곱근의 대소 관계를 이용
소수부분 = 무리수 - 정수부분

다음 무리수의 정수부분과 소수부분을 구하시요.
(1) 5 + 
(2)  - 3

무리수의 정수부분은 제곱근의 대소 관계를 이용해서 구해요. 소수부분 = 무리수 - 정수부분을 이용해서 구하고요.

(1) 일단 만 따로 떼서 크기를 구하고 거기에 +5를 해서 정수부분을 구해요.
2 < < 3
5 + 2 < 5 + < 5 + 3
7 < 5 + < 8

정수부분은 7이네요.

소수부분 = 무리수 - 정수부분 = (5 +) - 7 = - 2

(2)에서는 만 먼저 보죠.
1 < < 2
1 - 3 < - 3 < 2 - 3
-2 < - 3 < -1

 - 3이 -2와 -1 사이에 있으니까 소수로 표현해보면 -1.xxx죠? 그럼 정수부분은 –1이에요. 소수부분은 –0.xxx겠네요.

소수부분 = 무리수 - 정수부분
= ( - 3) - (-1)
=- 2

무리수 = 정수부분 + 소수부분 = -1 + ( - 2)

그런데, ≒ 1.732 이니까  - 2 ≒ 1.732 - 2 = -0.268죠. 소수부분은 0이상, 1미만으로 표시하기로 했어요. 음수로 나왔으니까 값을 보정해줘야겠죠? 어떻게 하냐면 음수인 소수부분에 +1을, 정수부분에 -1을 해주는 거예요. 소수부분에 +1, 정수부분에 –1을 했으니까 전체적인 값은 변화가 없어요.

-1 + ( - 2)
= -1 - 1 + ( - 2 + 1)
= -2 + ( - 1)

정수부분 = -2, 소수부분 =  - 1이 답이에요.

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제곱근을 표시할 때 근호를 써서 표시하는데, 이 값은 우리가 아는 십진법의 숫자가 아니라서 사용하는데 불편해요. 그래서 일반적으로 우리가 아는 소수 모양의 숫자로 구하고 싶을 때가 있어요. 그런데 제곱근 중에는 순환하지 않는 무한소수, 즉 무리수가 있어서 딱 떨어지는 소수로 쓰지 못할 때가 많아서 정확한 값이 아니라 대략적인 값으로 표시해요. 이 값을 제곱근의 값이라고 합니다.

이 글에서는 제곱근의 값을 미리 구해서 정리해 놓은 제곱근표라는 게 있는데, 이걸 보는 방법과 이 표를 이용해서 다른 제곱근의 값을 구하는 방법을 알아볼거예요.

제곱근의 근삿값

실수의 대소관계할 때, 몇 가지 제곱근은 그 값을 알아두면 좋다고 했어요. 제일 많이 사용하는 것 3개는 외워두세요.

이 세 가지 외에 다른 제곱근의 값을 어떻게 구하는 지 알아보죠.

제곱근표에서 근삿값을 읽는 법

여러분들 가지고 있는 교과서 제일 뒤를 보세요. 제곱근표는 게 나와요. 거기에 보면 숫자들이 엄청나게 많이 쓰여 있지요? 바로 제곱근의 값을 미리 구해서 표로 만들어놓은 거예요.

그럼 표에 나오는 숫자들을 외워야 할까요? 그거 다 외우려면 머리가 좋아야겠죠? 그런데 그거 다 외우는 사람은 머리가 좋은 게 아니라 머리가 아주 멍청한 사람이에요. 외울 필요가 없는 걸 외우는 거니까요.

저 표를 보는 방법만 알고 있으면 돼요. 필요한 값이 있으면 표에서 찾아서 쓰면 되죠.

제곱근표의 가로줄에는 0 ~ 9까지, 세로줄에는 1.0 ~ 99의 숫자가 있고, 그 안에는 엄청나게 많은 소수들이 쓰여 있어요.

예를 들어, 의 값을 제곱근표에서 구해보죠. 5.73에서 일의 자리와 소수점 아래 첫 번째 자리인 5.7은 세로에서, 소수점 아래 두 번째 자리인 3은 가로에서 찾아서 둘이 만나는 곳의 숫자를 읽는 거예요. 2.394네요

위 그림에는 없지만 같은 건 세로줄 88, 가로줄 7이 만나는 곳의 숫자가 그 값이에요.

위 제곱근표를 보고 다음을 구하여라.

(1) 5.62에서 일의 자리와 소수점 아래 첫 번째 자리는 5,6이고 소수점 아래 두 번째 자리는 2이므로 표에서 둘이 만나는 곳의 숫자는 2.371

(2) 5……5 = 5.50에서 일의 자리와 소수점 아래 첫 번째 자리는 5.5고, 소수점 아래 두 번째 자리는 0이므로 표에서 둘이 만나는 곳의 숫자는 2.345

제곱근표에 없는 제곱근의 값

제곱근표의 가로축에는 0 ~ 9까지, 세로축에는 1.0 ~ 99의 숫자가 쓰여 있어요. 그러니까 제곱근표로 제곱근을 구할 수 있는 수는 1.00 ~ 99.9까지 에요. 그러면 이 범위 바깥에 있는 숫자의 제곱근의 값은 어떻게 구할까요?

제곱근의 성질, 제곱수의 근호풀기를 이용해서 구해요. 제곱근 안의 숫자를 제곱근표에 나와 있는 숫자와 10의 거듭제곱의 곱으로 표시해서, 10의 거듭제곱을 근호 밖으로 꺼내는 거예요. 특히, 10의 거듭제곱을 근호 밖으로 꺼내야 하니까 10의 지수가 짝수여야 해요.

의 값을 구해보죠. 제곱근표에는 120.00은 없으니까 제곱근표를 읽어서는 구할 수 없어요. 대신 120의 숫자를 일의 자리와 소수점 이하 두 자리를 가진 수로 바꿔요.
120 = 1.20  × 10²

에서 1.20의 값은 제곱근표에 나와 있으니까 거기에 10을 곱해서 120의 제곱근의 값을 구할 수 있어요.

을 해볼까요? 이 되겠네요.

숫자가 99.0보다 크면 10의 거듭제곱을, 1보다 작으면 의 거듭제곱을 곱해요.

일 때, 다음을 구하여라.

근호 안의 숫자를 소수와 10의 거듭제곱으로 바꿔서 10의 거듭제곱을 근호 밖으로 꺼내야 해요.

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분모의 유리화

제곱근의 나눗셈을 하다보면 필연적으로 나오는 게 분수에요. 분수에서 분모에 제곱근이 들어있을 때 제곱근을 처리하는 방법을 분모의 유리화라고 하고 이 글에서는 그 방법을 알아볼 거예요.

분모의 유리화는 분모에 제곱근이 하나만 있을 때와 두 개의 제곱근의 합/차로 되어 있을 때의 두 가지가 있어요. 두 가지에서 사용하는 방법을 다 알아야합니다.

분모의 유리화는 분수꼴의 제곱근 계산에서 필수 과정으로 유리수의 덧셈과 뺄셈에서 분모를 통분하고 약분하는 것처럼 아주 기본적인 과정이에요. 이걸 못하면 제곱근의 덧셈과 뺄셈은 못한다고 봐야죠. 꼭 이해하고 넘어가야 해요.

분모의 유리화

분모가 근호를 포함한 무리수일 때, 분모를 유리수로 바꾸는 걸 분모의 유리화라고 해요. 일반적인 분수를 더하거나 뺄 때 분모를 통분해서 계산하죠? 그런데 분모가 무리수라면 통분하기가 어려워요. 그래서 분모를 유리수로 바꾸고, 그 다음에 통분해서 계산을 하는 거죠.

분모에 근호를 포함한 분수는 무리수에요. 무리수인 분수에서 분모가 유리화됐다고 해서 분수가 유리수가 되는 건 아니에요. 분수는 그대로 무리수고, 분모만 유리수가 되는 거예요.

분모의 유리화에서 분자는 아무런 영향을 미치지 않아요. 분자가 유리수든 무리수든 1이든 아니든 상관없어요. 전혀 고려하지 마세요.

이라는 분수가 있다고 해보죠. 분모가 근호를 포함한 무리수에요. 제곱근을 유리수로 바꾸는 가장 쉬운 작업은 제곱하는 거예요. 이 때도 제곱을 합니다.  전체를 제곱해서 하면 안돼요. 이니까요.

분모를 제곱하는 거예요. 통분할 때, 분모에 어떤 수를 곱해주면 같은 수를 분자에도 곱해주죠? 분모는 제곱, 분모에 곱해지는 수를 분자에도 곱해주는 거예요.

분자, 분모에 분모인 를 똑같이 곱해주고 계산을 했더니 분모가 유리수 2가 되었어요. 이게 분모의 유리화에요.

을 한 번 볼까요? 분모가 제곱근이므로 분자, 분모에 을 곱해주면 되겠죠?

이게 끝이 아니에요. 제곱근의 곱셈과 나눗셈에서 근호안에 제곱인 수가 있으면 근호 앞으로 꺼내는 걸 했어요. 요. 이렇게 2를 꺼내놓으면 분모 8과 약분이 되죠? 약분까지 끝내야 계산이 끝나는 거에요.

분자의 근호 안에 제곱인 수가 있어서 꺼냈는데, 이걸 분모에 있을 때 미리 꺼내면 어떻게 되는 지 해보죠.

분모에 정수와 제곱근이 곱해져있을 때는 제곱근만 곱해주면 돼요. 정수는 이미 유리수니까 유리화할 필요가 없잖아요. 계산이 조금 더 간단해 졌죠? 순서를 잘 기억하세요.

제일 마지막 과정에서 약분을 했는데, 두 번째 줄에 보면 분자의 3과 분모의 6을 약분할 수 있어요. 약분은 계산 중에 아무데서나 해도 상관없어요.

분모의 유리화: 분모에 근호를 포함한 수가 들어있을 때, 분자, 분모에 같은 수를 곱해서 분모를 유리수로 만드는 것
분모가 제곱근: 분모와 같은 수를 분자, 분모에 곱
분모가 정수와 제곱근의 곱: 분모의 제곱근 부분을 분자, 분모에 곱

분모가 무리수의 합과 차로 되어있을 때

분모가 두 무리수의 합과 차로 되어 있을 때는 방법이 조금 달라져요.

을 해보죠. 위에서는 분모를 유리화하기 위해서 분모를 제곱한다고 했어요. 분모만 따로 떼서 제곱을 해보죠. 제곱이니까 곱셈공식 - 완전제곱식을 이용해야 해요.

분모의 유리화는 분모의 제곱근을 없애려고 하는 건데, 없어지지 않았죠? 그래서 이 때는 분모를 제곱해도 소용이 없다는 걸 알 수 있어요. 완전제곱식이 아니라 곱셈공식의 합차공식을 이용해볼까요?

합차공식을 이용했더니 분모가 유리수가 되었죠? 합차공식은 숫자는 같지만 둘 사이의 부호만 다른 걸 곱하는 공식이에요.

정리해보죠. 분모에서 제곱근은 그대로 두고, 부호만 반대인 수를 분자, 분모에 곱해요.

다음 분수의 분모를 유리화하여라.

(1)은 분모에 제곱근이 하나만 있네요. 분모와 같은 수를 분자, 분모에 곱해서 유리화를 하죠.

(2)도 분모에 제곱근 하나만 있으니 이걸 분자, 분모에 곱해주면 되겠네요. 

마지막에 3이 약분이 되네요. 분수니까 약분까지 하셔야 해요.

(3) 분모의 근호 안에 제곱인 수가 들어있으니까 이걸 근호 앞으로 꺼내고, 근호 안의 숫자만 분자, 분모에 곱해줘요. 

두 번째에서 세 번째로 갈 때 근호 앞의 2와 분자의 2를 약분했어요. 약분을 미리하면 계산이 편리해져요.

(4) 분모에 근호를 포함한 수가 2개 있어요. 이럴 때는 부호를 반대로 해서 분자, 분모에 곱해야 하죠. 

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실수라는 수를 알아봈으니까 두 실수중에 어떤 것이 더 큰지 알수도 있어야겠죠? 기본적으로 실수 = 유리수 + 무리수이므로 실수의 대소관계 = 유리수의 대소관계 + 무리수의 대소관계에요. 여기까지는 알고있죠?

거기에 새로운 걸 하나 추가할꺼에요. 새로운 방법이긴 하지만 그게 별로 어렵지는 않아요. 아주 간단히 뺄셈을 하면 되거든요.

어떻게 하면 뺄셈으로 실수의 대소관계를 알 수 있는 지와 뺄셈으로 안될 때는 또 어떤 방법을 이용하는지도 공부해보죠. 참고로 뺄셈으로 할 수는 있는데, 현재 단계에서는 뺄셈 자체가 안되는 경우가 있어서 다른 방법을 사용하는 거에요.

실수의 대소관계

실수의 대소관계는 유리수의 대소관계 + 제곱근의 대소관계에요.

실수의 대소관계에서 제일 먼저 해야할 일은 부호를 비교하는 거예요. 음수 < 0 < 양수의 순서죠. 숫자를 볼 필요도 없이 부호만 가지고도 대소를 알 수 있어요.

만약에 부호가 양수라면 숫자가 큰 게 커요. 무리수라면 근호안의 숫자가 큰 게 크죠. 부호가 모두 음수라면 숫자가 작은 게 크죠. 무리수는 근호안의 숫자가 작은 음수가 더 커요.

이게 우리가 알고 있는 수의 크기 비교죠.

이번에는 다른 방식으로 접근해 볼꺼에요.

a, b가 실수일 때
a - b > 0 이면 a > b
a - b = 0 이면 a = b
a - b < 0 이면 a < b

간단한 내용이에요. a - b > 0 은 부등호가 있는 부등식이잖아요. -b를 이항하면 a > b가 되죠?  반대로 a > b에서 b를 좌변으로 이항하며 a - b > 0이 되고요. 둘이 왜 같은 뜻인지 알겠죠?

두 수의 차를 이용해서 실수의 대소관계를 알아볼 수 있어요. 어떤 두 수가 있다면 한 수에서 다른 수를 빼서 결과의 부호를 보는 거죠. 결과가 양수이면 앞의 수가 크고, 0이면 둘이 같고, 음수이면 뒤의 수가 더 커요.

5와 3이 있어요. 5 - 3 > 0이므로 앞에 있는 5가 뒤에 있는 3보다 큰 걸 알 수 있지요. 5와 8에서는 5 - 8 < 0이므로 뒤에 있는 8이 더 크죠.

제곱근의 근삿값을 이용하는 방법도 있어요. 다른 근삿값은 상관없지만 가장 많이 사용하는 아래 세 가지 경우는 외워두는 게 편리해요. 

1 + 와 의 크기를 비교해볼까요? 차를 이용하면 (1 + ) - 이 되는데 이거는 0보다 큰 지 작은 지 알 수가 없어요. 이 때 근삿값을 이용하세요.
1 +  ≒ 1 + 1.414 = 2. 414
 ≒ 2.236
따라서 1 + 가 더 크네요.

한 실수에서 다른 실수를 뺏을 때, 실수의 유리수 부분이 없어지거나 무리수 부분(제곱근)이 없어질 때는 차를 이용하면 좋고, 그렇지 않은 경우에는 근삿값을 대입해서 대소관계를 알아보는 게 좋아요. 제곱근의 뺄셈은 나중에 공부할 텐데, 그 때까지 덮어두죠.

실수의 대소관계
실수의 부호를 보고 판단
두 실수의 차의 부호를 이용
제곱근의 근삿값을 대입

다음 괄호 안에 알맞는 부등호를 넣어라.
(1) 3 - (  )   - 3
(2) 2 +  (  )  + 2
(3) 5 (  ) 3 +

실수의 대소관계를 파악할 때 첫번째는 두 실수의 부호를 먼저 살펴보는 거에요. 두 번째는 한 실수에서 다른 실수를 빼서 그 결과의 부호를 보고 실수의 대소관계를 알 수 있어요. 결과가 양수이면 앞에 게 큰 거, 결과가 음수이면 뒤에 것이 큰 거에요. 세번째는 근삿값을 직접 대입해서 그 결과를 보고 알 수도 있고요.

(1)번은 두 실수를 빼도 유리수 부분이 없어지지않으니까 대신 근삿값을 대입해보죠.

3 -  ≒ 3 - 1.732 = 1.268
 - 3 ≒ 1.732 - 3 = -1.268

3 -  >  - 3

(2)번은 차를 이용해보죠.

2 + - ( + 2)
= 2 +  -  - 2
=  -
≒ 1.732 - 1.414
= 0.318 > 0

따라서 2 + >  + 2

(3)번도 빼보죠.

5 - (3 + )
= 5 - 3 -
= 2 -
≒ 2 - 1.414
= 0.586 > 0

따라서 5 > 3 +

무리수, 실수라는 새로운 수를 공부했으니 이걸 수직선 위에 나타내 볼까요?

유리수는 수직선위에 나타내기 쉬웠는데, 무리수는 그 값을 정확하게 모르니까 수직선 위에 나타내기가 좀 어려워요. 제곱근의 성질을 이용할 수 있는 정사각형을 그려서 수직선 위에 나타냅니다.

수직선과 유리수, 무리수, 실수의 관계도 알아볼 거예요. 유리수, 무리수, 실수의 성질이 비슷하니까 잘 구별해야 해요. 유리수의 성질과 무리수의 성질은 같고, 실수는 이 둘의 성질을 모두 가지고 있어요.

무리수를 수직선 위에 나타내기

유리수는 수직선을 긋고 그 위에 나타낼 수 있어요. (유리수와 수직선) 무리수도 수직선 위에 나타낼 수 있는데 그 방법을 알아보죠.

수직선 위에 한 칸의 길이가 1인 모눈종이가 있다고 생각해보세요.

그림에서 파란색 사각형은 정사각형이에요. 이 정사각형의 넓이를 구해보죠.
파란 정사각형의 넓이 = (점선으로 그려진 정사각형의 넓이) - (작은 삼각형 4개의 넓이) = 4 - 4(½ × 1 × 1) = 2

정사각형의 넓이가 2이므로 한 변의 길이는 에요.

점 O를 중심으로 하고 작은 정사각형 한 변의 길이를 반지름으로 하는 원을 그려서 수직선과 만나는 점을 점 P, 점 Q라고 하죠. 원의 반지름이므로  = 에요.

점 P의 좌표는 점 O에서의 거리니까 겠죠? 점 Q의 좌표도 역시 같은 거리에 있는데 수직선 위에서 원점 O보다 왼쪽에 있으니 -에요.

수직선 위에 정사각형을 그리고, 한 변의 길이를 반지름으로 하는 원과 수직선과의 교점을 이용해서 무리수를 수직선 위에 그릴 수 있어요.

다음 그림에서 점 P와 점 Q의 좌표를 구하여라. (모눈 한 칸은 길이가 1인 정사각형)

점 P와 점 Q는 점 O를 중심으로 하고 를 반지름으로 하는 원과 수직선의 교점이에요. 

분홍색 정사각형의 넓이를 구해야 의 길이를 구할 수 있죠?
분홍색 정사각형의 넓이 = (점선으로 그린 사각형의 넓이) - (작은 삼각형 4개의 넓이) = 9 - 4(½ × 2 × 1) = 5

점 P는 점 O에서 만큼 오른쪽에 있는 점이에요. 주의해야 할 건 점 O가 원점이 아니라는 거예요. 점 O가 1위의 점 이므로 점 P는 1 + 에요. 점 Q는 점 O에서 왼쪽으로 만큼 있는 점이므로 점 Q의 좌표는 1 - 에요.

실수와 수직선

모든 유리수는 수직선 위에 점으로 나타낼 수 있어요. 이 말은 유리수는 수직선 위의 한 점과 대응한다는 뜻이에요. 또 유리수 사이에는 무수히 많은 유리수가 있지요. 0과 1 사이에는 0.5, 0.55, 0,555 …… 등 무수히 많은 유리수가 있죠?

무리수도 유리수처럼 수직선 위에 점으로 나타낼 수 있어요. 무리수도 수직선 위의 한 점과 대응하는 거죠. 무리수 사이에도 무수히 많은 무리수가 있어요.

유리수와 무리수를 합치면 실수니까 실수는 유리수와 무리수의 성질을 모두 가지고 있어요. 위 두 가지를 합치면 실수는 수직선 위의 한 점과 대응하고, 두 실수 사이에는 무수히 많은 실수가 있다는 걸 알 수 있어요. 그 외에 유리수, 무리수는 없는 실수만 가지고 있는 성질이 하나 잇는데, 실수에 대응하는 무수히 많은 점으로 수직선을 완전히 메울 수 있어요. 유리수나 무리수만으로는 수직선을 완전히 메울 수 없어요.

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오늘 공부할 건 매우 중요한 내용이에요. 수학의 기본이 되는 수의 체계에 대한 내용이거든요.

이제까지 알고 있던 모든 수 자연수, 정수, 유리수, 유한소수, 무한소수, 순환소수에 더해서 무리수라는 새로운 이름의 수를 공부할 거예요. 무리수는 새로운 수가 아니라 이미 알고 있는 수에요. 다만 어떤 수를 무리수라고 하는지 몰랐을 뿐이에요.

또 실수라는 것도 공부할 건데, 이게 앞으로 수학 시간에 계속 사용할 거니까 잘 알고 있어야 해요.

이 글에서는 각 수의 뜻과 특징, 서로를 구별하는 방법, 수의 관계를 이해해야 합니다.

무리수와 실수

이제까지 공부했던 수의 체계를 정리해볼까요? 일단 1, 2, 3, …… 같은 자연수가 있어요. 자연수(양의 정수)와 0, 자연수에 (-) 부호를 붙인 음의 정수로 나눠지는 정수도 있고요. 분수 꼴로 나타낼 수 있는 유리수도 있지요. 자연수는 정수에 포함되고, 정수는 유리수에 포함돼요. 결국, 자연수는 유리수에 포함되는 거죠.

유한소수와 무한소수도 공부했어요. 무한소수는 순환하는 무한소수(순환소수)와 순환하지 않는 무한소수로 나눌 수 있었죠? 유한소수와 순환소수는 분수로 나타낼 수 있으니 유리수에요. 그러니까 유한소수와 순환소수는 유리수에 속해요.

그럼 분수 꼴로 나타낼 수 없는 순환하지 않는 무한소수는 어떤 수에 속할까요? 바로 무리수에 속해요.

무리수는 유리수가 아닌 수예요. 유리수는 분수로 나타낼 수 있는 수니까 그 반대인 무리수는 분수로 나타낼 수 없는 수예요. 순환하지 않는 무한소수 중 가장 대표적인 게 뭐죠? 바로 π죠. 그 외에도 처럼 근호가 씌워진 수를 무리수라고 할 수 있어요. 단 처럼 근호를 없앨 수 있는 수는 유리수에요. 이름만 처음 들었다 뿐이지 이미 다 알고 있는 수들이죠?

유리수와 무리수의 뜻을 잘 생각해보세요. 유리수는 분수로 나타낼 수 있는 수고, 무리수는 분수로 나타낼 수 없는 수에요. 그렇다면 유리수이면서 무리수인 수는 없겠죠? 또 유리수도 아니고 무리수도 아닌 수도 없을 거고요. 따라서 모든 수는 유리수와 무리수로 나눌 수 있는데 이 두 가지를 합쳐서 실수라고 합니다. 실수는 실제 수를 말하고 영어로는 Real Number라고 해요.

앞으로 특별한 언급 없이 그냥 수라고 한다면 모두 실수라고 생각하면 돼요.

무리수: 유리수가 아닌 수
         꼴의 분수로 나타낼 수 없는 수
          순환하지 않는 무한소수, π
          근호를 못 없애는 제곱근
실수: 유리수 + 무리수

그림에서 가장 주의깊게 봐야할 건 무한소수에요. 무한소수 중 순환소수는 유리수고, 순환하지 않는 무한소수는 무리수에요.

아래는 위 그림을 벤다이어그램으로 나타낸 건데, 꼭 기억하세요. 수의 체계를 아주 잘 나타내고 있어서 문제에서 자주 나오는 그림이거든요. 이 글에서는 이 그림하나만 기억하면 돼요.

다음 설명 중 틀린 것을 모두 고르시오.
(1) 유리수와 무리수를 합하면 실수가 된다.
(2) 정수는 무리수에 속한다.
(3) 정수는 자연수에 속한다.
(4) 유리수가 아니면 무리수이다.
(5) 유리수면서 동시에 무리수인 수는 없다.

위의 그림을 잘 보세요. 자연수는 정수에 속하고, 정수는 유리수에 속해요. 그러니까 자연수는 유리수에 속하죠. 또, 유리수와 무리수 모두 실수에 속하고요. 유리수와 무리수를 합하면 실수가 되네요.

(1) 유리수와 무리수를 합하면 실수가 되므로 맞아요.
(2) 정수는 무리수에 속하는 게 아니라 유리수에 속하니까 틀렸어요.
(3) 자연수가 정수에 속하니까 거꾸로 됐네요. 틀렸어요.
(4) 유리수가 아니면 무리수에요. 반대로 무리수가 아니면 유리수지요.
(5) 유리수이면서 무리수인 수는 없으므로 맞아요. 반대로 유리수도 아니고 무리수도 아닌 수는 없어요.

따라서 틀린 건 (2), (3)입니다.

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