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비례식은 초등학교 때 공부했지만 중학교에서는 직접 공부한 적은 없어요. 다만, 공식을 유도하거나 증명할 때 사용하기는 했었죠.

비례식은 유리식 중에서 약간 어려운 편에 속해요. 식을 그 자체로 푸는 게 아니라 변형을 해야 하고, 때로는 서술형 문제로 나오는 경우도 있거든요. 서술형 문제를 풀어보고 식 세우는 연습을 많이 하세요.

비례식 문제에서는 가비의 리라는 아주 유명한 공식이 있어요. 가비의 리라는 용어는 좀 이상하지만 알고 보면 별것 아닌 공식이에요. 더하기만 잘하면 되는 거니까 쉽게 외우고 적용할 수 있을 거예요.

비례식 푸는 법

비례식은 거의 사용하지 않는 식이라서 아마도 용어들을 다 잊어버렸을 거예요. 비례식에서 사용하는 용어를 간단하게 정리해볼게요.

비례에서 : 앞에 있는 항을 전항, : 뒤에 있는 항을 후항이라고 해요. A : B에서는 : 앞에 있는 A가 전항, : 뒤에 있는 B가 후항이에요.

비례를 분수식을 바꿀 수 있죠? a : b → 로 바꿀 수 있어요. 전항에 해당하는 게 분자, 후항에 해당하는 게 분모죠. 물론 거꾸로 할 수도 있지만 대게는 이렇게 바꿔요.

A : B = C : D처럼 두 개 이상의 비가 등호(=)로 연결된 걸 비례식이라고 하는데, 안쪽에 있는 두 항을 내항이라고 하고, 바깥쪽에 있는 두 항을 외항이라고 해요. 비례식에선 (내항의 곱) = (외항의 곱)이에요.

위 내용은 비례식의 기본적인 성질이고, 실제 문제에서는 사용하지 않는 거예요. 그렇다고 그냥 넘겨서는 안돼요.

A : B = C : D를 분수로 고치면 로 고칠 수도 있지만 로도 고칠 수 있어요. 앞에 있는 비례가 분자로, 뒤에 있는 비례가 분모로 들어갈 수 있다는 거예요. 위 그림의 AD = BC의 양변을 CD로 나눠보면 돼요.

실제 비례식 문제는 아래의 순서로 풉니다.

1. 비례를 분수로 고치고 값을 k로
2. 문자를 k에 관한 식으로 변경
3. 문제에 k에 관한 식을 대입

x : y : z = 2 : 3 : 4일 때, 의 값을 구하여라. (단, xyz ≠ 0)

비례식을 분수로 바꾸고 k라고 놓지요.

라고 하면
x = 2k, y = 3k, z = 4k
x, y, z를 문제에 대입하면

가비의 리

가비의 리는 용어가 좀 이상하죠?

가비의 리는 전항 : 후항 = (전항의 합) : (후항의 합) 이 성립하는 걸 말해요. 가비의 리라는 말이 비를 더한 것의 원리라는 뜻이거든요.

첫 번째 공식의 좌변과 우변을 분수로 고치면 두 번째 줄의 가비의 리를 구할 수 있어요.

가비의 리가 진짜로 성립하는지 증명해보죠.

라고 하면,
a = bk, c = dk, e = fk
a + c + e = bk + dk + fk = (b + d + f)k
a + c + e를 식에 대입하면

가리의 리에서 또 하나 성립하는 게 있어요. 각 분수의 분자, 분모에 실수를 곱해서 더한 것의 비도 같아요.

같은 방법으로 증명해보죠.

라고 하면,

a = bk, c = dk, e = fk
pa = pbk , qc = qdk, re = rfk
pa + qc + re = pbk + qdk + rfk = (pb + qd + rf)k

가비의 리를 이용하여 문제를 풀 때는 분모에 해당하는 b + d + f가 0인지 아닌지에 따라 두 가지 경우로 나눠서 풀어야 해요. b + d + f ≠ 0이라면 가비의 리를 그대로 적용하면 되고, b + d + f = 0이면 b + d = -f 처럼 이 식을 변형해서 원래 식에 대입하여 값을 구합니다.

일 때 k의 값을 구하여라.

가비의 리를 적용할 때는 분모의 합이 0인지 아닌 지 두 가지 경우로 나눠야 해요.

ⅰ) a + b + c ≠ 0일 때

ⅱ) a + b + c = 0일 때
a + b = -c

∴ k = 2 or -1

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일차방정식의 풀이에서 일차방정식의 해를 구하는 기본적인 방법을 알아봤어요. 이 글에서는 조금 더 복잡한 일차방정식의 풀이를 해볼 거예요. 방법은 똑같은데, 식이 조금 더 어렵게 나와요.

식이 복잡하고 어렵다고 해도 이항과 등식의 성질을 이용한 풀이라는 기본 원리는 똑같아요. 복잡한 식을 가능한 한 쉬운 식으로 모양을 바꾸면 다음에 우리가 알고 있는 방법으로 풀 수 있어요.

따라서 이 글에서는 공부할 내용은 복잡한 일차방정식을 덜 복잡한 일차방정식으로 바꾸는 방법이에요.

복잡한 일차방정식의 풀이

괄호가 있을 때

유리수의 사칙연산 혼합계산에서 거듭제곱과 괄호를 먼저 계산해야 한다고 했었죠? 괄호가 있는 일차방정식에서도 마찬가지로 괄호를 먼저 계산해야 해요. 거듭제곱은 안 나오니까 제외하고요. 괄호는 대부분이 분배법칙으로 풀어야 하는 경우에요. 분배법칙으로 괄호 푸는 법 알고 있죠?

2(4x + 2) = 6x + 2
8x + 4 = 6x + 2            분배법칙으로 괄호 풀기
8x - 6x = +2 - 4            x는 좌변, 상수항은 우변으로 이항
2x = -2                         계산
x = -1                           x의 계수로 양변 나누기

계수가 분수일 때

계수가 분수면 계산하기가 복잡하죠. 대신 계수를 정수로 바꿔서 계산하면 계산이 편해져요. 계수를 정수로 바꾸려면 분수의 분모를 없애줘야 하는데, 분모의 최소공배수를 이용해요. 모든 분모의 최소공배수를 방정식의 양변에 곱해서 분모와 최소공배수를 약분시켜 정수로 바꿔주는 거죠.

계수가 소수일 때

계수가 소수일 때도 분수일 때처럼 계수를 정수로 바꿔서 해요. 대신 이때는 10, 100, 1000, … 등 10의 거듭제곱을 곱해요. 계수가 0.1이면 10을, 계수가 0.01이면 100을 곱하고, 여러 소수가 섞여 있을 때는 소수점 이하 자리가 가장 많은 계수를 기준으로 10의 거듭제곱을 곱해요.

0.2x - 0.14 = 0.5x + 0.16
100(0.2x - 0.14) = 100(0.5x + 0.16)    상수항이 소수점이하 두 자리이므로 양변에 100을 곱.
20x - 14 = 50x + 16                            분배법칙으로 괄호 풀기
20x - 50x = 16 + 14                             x는 좌변, 상수항은 우변으로 이항
-30x = 30                                             동류항 계산
x = -1                                                   x의 계수로 양변을 나눔

비례식일 때

방정식이 비례식으로 나왔을 때는 (내항의 곱) = (외항의 곱)이라는 비례식의 성질을 이용해요. 내항의 곱과 외항의 곱을 이용하면 일반적으로 볼 수 있는 방정식으로 모양이 바뀝니다.

(x - 1) : 2 = (2x + 1) : 3
3(x - 1) = 2(2x + 1)          (내항의 곱) = (외항의 곱)으로 변형
3x - 3 = 4x + 2                 분배법칙을 이용하여 괄호 전개
3x - 4x = 2 + 3                 x는 좌변, 상수항은 우변으로 이항
-x = 5                              동류항 계산
x = -5                               x의 계수로 양변을 나눠줌

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중2 수학 마지막 글입니다. 벌써 끝이라니 ㅠㅠ. 2학년 과정을 다 마친 다음에는 중3 수학을 미리 예습해보세요.

닮은 도형의 활용에서 제일 중요한 건 닮음비에요. 닮음비는 비니까 계산할 때도 비례식을 세워서 계산하는 게 핵심이죠. 비례식 세우는 건 그렇게 어려운 일은 아니잖아요. 계산도 그렇고요.

그런 면에서 닮은 도형의 활용은 다른 단원에서 나오는 활용문제보다 조금은 쉬운 편이라고 할 수 있어요.

문제 유형에 따라 조금 더 쉬운 방법이 있을 수는 있겠지만, 굳이 유형별 문제 풀이법을 따로 익히기보다는 쉽고 공통으로 사용할 수 있는 비례식을 사용하는 게 제일 좋아요.

닮은 도형의 활용

지도에서 거리 구하기

지도는 실제 지형을 작게 표시해서 평면에 나타낸 거예요. 작게 표시할 때 그냥 작게 표시하는 게 아니라 실제 거리를 일정한 비율로 줄이죠. 작게 줄일 때 사용하는 일정한 비율을 바로 축척이라고 하고요. 바로 이 축척이 닮은 도형의 닮음비에 해당합니다.

지도의 축척은 보통 비례식이나 분수로 나타내요. 1 : 50,000이나 으로요. 여기서 1은 지도상에서의 거리, 50,000은 실제 거리로 지도의 1cm는 실제 50,000cm라는 걸 의미해요.

지도의 축척을 주고, 지도상의 거리가 실제로는 몇 m인지 구하거나 반대로 실제 거리가 지도에는 몇 cm로 표시되는지 묻는 문제가 많이 나와요. 실제 거리를 구할 때와 지도상의 거리를 구할 때 모두 공식으로 외워서 문제를 풀기도 하지만 딱히 추천하지는 않아요. ", 지도상의 거리 = 실제 거리 × 축척"이라는 공식이 있는데, 외우려면 헷갈려요.

축척은 비례니까 계산할 때도 "1 : 50,000 = 지도상의 거리 : 실제 거리"처럼 비례식을 세우는 게 더 나은 방법이에요. 좌변은 축척, 우변에는 거리를 쓰는 거죠. 물론 위 공식은 이 비례식을 계산해서 나온 것이긴 하지만 보다 확실하고 안전한 게 좋죠.

축척이 주어진 지도에서 실제 거리 구하기
축척 = 닮음비
공식을 이용하기보다는 비례식을 세워서 계산
문제에서 요구하는 단위에 맞게 숫자 변환

단위를 변환할 때, 가지 주의해야 할 게 있어요.

1m = 100cm, 1km = 1,000m = 100,000cm인 건 다 알고 있을 거예요. 거리를 하는 건 별로 어렵지 않아요. 넓이를 변환하는 게 문제죠.

1m² = 10,000cm², 1km² = 1,000,000m²이에요. 단위만 제곱하는 게 아니라 숫자도 제곱을 해줘야 해요.

축척이 인 지도에서 다음을 구하여라.
(1) 두 지점 사이의 거리가 10cm일 때 실제 두 지점 사이의 거리는 몇 km인지 구하여라.
(2) 지도에서 넓이가 2cm²인 부분의 실제 넓이는 몇 m²인지 구하여라.

(1) 은 비례식으로 나타내면 1 : 50,000이에요. 지도에서 1cm는 실제 거리로는 50,000cm라는 거지요. 문제에서 구하는 건 10cm가 실제로 몇 km인지를 구하는 거잖아요. 구하라고 하는 값을 x라고 놓고 비례식으로 써보면 1 : 50,000 = 10cm : x cm라는 비례식을 세울 수 있어요.

1 : 50,000 = 10cm : x cm
x = 50,000 × 10 = 500,000(cm)

문제에서는 몇 km냐고 물어봤으니 단위에 맞게 숫자를 고쳐줘야겠죠?

500,000cm = 5,000m = 5km네요.

(2) 넓이에요. 일단 비례식을 세워보죠. 실제 넓이를 ycm²이라고 놓죠.

닮은 도형의 넓이의 비와 부피의 비 1에서 넓이의 비는 닮음비의 제곱이라고 했어요. 따라서 1 : 50,000이 아니라 1² : (50,000)²라는 비를 사용해야 해요. (50,000)² = (5 × 10⁴)² = 25 × 10⁸이네요.

1 : 25 × 10⁸ = 2cm² : ycm²
y = 2 × 25 × 10⁸ = 50 × 10⁸ = 5 × 10⁹(cm²)

우리가 구한 값은 단위가 cm²이고, 문제에서 요구하는 단위는 m²이에요. 변환할 때 주의하세요.
1m² = 10,000cm²이니까 5,000,000,000cm² = 500,000m²입니다.

높이 구하기

건물, 나무의 높이 구하기는 축척 문제보다 조금 더 쉬워요. 그림이 함께 있으니까요. 나무 그림을 그려주고 그 옆에는 닮은 도형인 삼각형이 함께 나와요.

이런 유형은 나무가 있는 그림에서 삼각형을 찾아서 옆의 삼각형과 닮음비를 이용해서 높이를 구하면 돼요.

높이 구하기
닮은 삼각형을 찾아서 대응변의 비례식을 세워서 계산

죠스 나무의 높이를 구하기 위해 삼각형을 그리고, 그 삼각형을 축소하여 오른쪽에 나타내었다. 죠스 나무의 높이를 구하여라.

축소해서 그렸으니까 두 삼각형은 닮은 도형이에요. 죠스나무의 높이를 x m라고 하지요. 그리고 m 단위를 사용할 거니까 오른쪽 삼각형의 높이도 m로 바꿔줘야 해요. 80cm = 0.8m네요

5m : xm = 1m : 0.8m
x = 5 × 0.8 = 4(m)

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