'이차방정식' 태그의 글 목록

두 근의 합과 곱을 알 때, 실근, 허근 판별하기

2025.05.23
근의 공식을 몰라도 풀 수 있는 이차방정식
10

2020.02.07
방정식 잘 푸는 방법 - 식의 변화를 이해하라.
8

2016.04.02
이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근
8

2014.03.16
2014년 고1 수학 목차 - 수1, 수2
103

2014.01.23
이차방정식 실근의 위치
14

2013.10.11
이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근

2013.10.06
연립방정식 - 연립이차방정식의 풀이 2
20

2013.05.03
연립방정식 - 연립이차방정식의 풀이
24

2013.04.24
이차방정식 실근의 부호
23

2013.04.11
이차방정식의 인수분해
10

2013.04.10
두 수를 근으로 하는 이차방정식, 두 근의 합과 곱이 주어졌을 때 이차방정식
14

2013.04.08
이차방정식의 근과 계수와의 관계
55

2013.04.07
이차방정식의 판별식, 실근, 허근
30

2013.04.06
1초 고민하는 수학 문제
12

2013.03.11

이차방정식의 판별식을 이용해서 두 근이 실근인지 허근인지 판별할 수 있어요. 이번에 공부할 건 조금 확장된 버전(?)인데요. 교육과정에 있는 내용은 아닌데, 그냥 한 번 해보죠.

이차방정식은 모르지만, 이차방정식 두 근의 합과 곱을 알 때, 두 근이 실근인지 허근인지 확인하는 방법이에요. 판별식을 이용하는 방법보다 한 단계만 더 거치는 거니까 어렵지는 않아요.

식을 알면 두 근을 구해서 실근인지 허근이지 판별할 수 있는데, 식을 모르니까 두 근을 구할 수 없고, 근을 모르니까 실근인지 허근인지 판별할 수 없어요.

하지만, 이차방정식의 판별식, 실근, 허근에서도 근을 구하지 않고 실근, 허근을 판별했어요. 즉, 식을 알기만 하면 근을 구할 수 없을더라도 실근, 허근을 판별할 수는 있어요.

판별식을 이용하려면 식을 알아야 하죠. 그런데 식을 몰라요. 합과 곱만 알아요. 어떻게 해야 할까요? 식을 먼저 구해야겠죠? 식을 구하는 방법이 뭘까요? 바로 두 수를 근으로 하는 이차방정식, 두 근의 합과 곱이 주어졌을 때 이차방정식이에요.

그러니까 합과 곱을 이용해서 이차방정식을 만들고, 그렇게 만든 이차방정식에서 판별식을 구하면 두 근이 실근인지 허근인지 확인할 수 있어요.

두 근의 합과 곱을 알 때 이차방정식은 다음과 같아요.

두 근의 합이 m이고 곱이 n, 이차항의 계수가 a인 이차방정식
a(x² - mx + n) = 0
a(x² - 합x + 곱) = 0

위 공식을 전개해보면 ax² - amx + an = 0이에요.

나머지 과정은 다 알죠?

D = (-am)² - 4 × a × an

D > 0이면 서로 다른 두 실근
D = 0이면 중근(실근)
D < 0이면 서로 다른 두 허근

두 근의 합이 9, 곱이 18이고 이차항의 계수가 2인 이차방정식의 근의 종류를 판별하여라.

근이 뭔지는 모르지만, 두 근의 합과 곱, 이차항의 계수를 알려줬네요. 식을 구할 수 있어요.

a(x² - 합x + 곱) = 0

2(x² + 9x + 18) = 0
2x² + 18x + 36 = 0

이제 식을 알았으니 판별식을 사용할 수 있어요.

D/4 = 9² - 2 × 36
= 81 - 72
= 9 > 0

D/4 > 0이니까 서로 다른 두 실근이에요.

여기서 한 가지 더 알아둘 건, 이차항의 계수는 별 필요가 없다는 거예요.

합이 m, 곱이 n, 이차항의 계수가 a인 이차방정식
a(x - mx + n) = 0
ax² - amx + an = 0

D = (-am)² - 4 × a × an
= a²m² - 4a²n
= a²(m² - 4n)

a²은 무조건 양수니까 뒤 (m² - 4n)의 부호만 알면되죠?

이차항의 계수 없이 공식의 괄호부분만 볼까요?

x² - mx + n = 0

D = (-m)² - 4 × 1 × an
= m² - 4n

결국 이차항의 계수는 판별식의 부호에 아무런 영향을 미치지 않아요.

이차방정식의 판별식, 실근, 허근

<< 공통수학 1 >>

이차방정식 근과 계수와의 관계

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중학교 수학 교육의 가장 정점에 있는 공식은 누가뭐라해도 이차방정식에서 쓰는 근의 공식이죠. 피타고라스의 정리와 함께요.

이차방정식 중 인수분해를 할 수 있는 경우라면 굳이 근의 공식을 사용하지 않아도 되지만, 그렇지 않다면 근의 공식을 필수로 써야합니다.

그런데, 인수분해되지 않는 이차방정식에서 근의 공식이 아닌 다른 방법으로 근을 구할 수 있어 소개하려고 합니다.

이차방정식을 푸는 새로운 방법

[주말N수학]'아듀~근의 공식' 2차 방정식 쉽게 푸는 새 방법

근의 공식은 완전제곱식을 이용해서 근을 구하는 방법으로 계수를 정해진 위치에 대입, 계산해서 해를 구할 수 있게 한 공식이에요.

그런데 위 글에서 소개한 방법은 두 근과 계수와의 관계, 두 근의 평균과 곱을 이용해서 푸는 방법입니다.

위 글에서 소개한 x² - 2x - 24 = 0를 다시 한 번 풀어볼까요?

두 근을 α, β라고 해보죠.

근과 계수와의 관계에 따라 두 근의 합 α + β = -(-2) = 2예요.

두 근의 평균은 = 1이고요.

두 근은 평균에서 같은 값만큼 차이가 나므로 이 차이를 u라고 하면 α = 1 + u, β = 1 - u라고 할 수 있어요.

근과 계수와의 관계에 따라 두 근의 곱 α × β = -24예요.

(1 + u)(1 - u) = -24
1 - u² = -24
u² = 25
u = ±5

1) u = 5일 때,

α = 1 + 5 = 6
β = 1 - 5 = -4

2) u = -5일 때,

α = 1 - 5= -4
β = 1 - (-5) = 6

u의 부호와 상관없이 두 근은 -4과 6으로 같아요.

x² - 2x - 24 = 0
(x - 6)(x + 4) = 0
x = -4 or 6

인수분해해서 구한 값과 같죠? 계산을 간단히 하려고 인수분해가 되는 식을 예제로 했는데, 인수분해가 되지 않는 식도 같은 방법으로 해를 구할 수 있어요.

다시 한 번 정리해 보죠.

근과 계수와의 관계를 이용해서 두 근의 합을 구한다.
두 근의 평균을 구하고, 평균을 이용해서 두 근을 나타낸다.
②에서 구한 두 근의 곱과 근과 계수와의 관계를 이용해서 구한 두 근의 곱이 같다는 등식을 세워 푼다.
(이 식 역시 이차방정식이긴 하지만 제곱근을 이용해서 풀 수 있습니다.)
③에서 구한 값을 ②의 근을 나타내는 식에 대입하여 두 근을 구한다.

위 과정을 일반적인 이차방정식에서 사용할 때 어떻게 되는지 해봤어요.

이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 두 근을 α, β라고 할 때

1. 근과 계수와의 관계를 이용해서 두 근의 합을 구한다.

근과 계수와의 관계에 따라 두 근의 합 α + β = 죠.

2. 두 근의 평균을 구하고, 평균을 이용해서 두 근을 나타낸다.

두 근의 평균은 이므로 α = + u, β = - u로 나타낼 수 있어요.

3. ②에서 구한 두 근의 곱과 근과 계수와의 관계를 이용해서 구한 두 근의 곱이 같다는 등식을 세워 푼다.

근과 계수와의 관계에 따라 두 근의 곱은 α + β =

α × β =

4. ③에서 구한 값을 ②의 근을 나타내는 식에 대입하여 두 근을 구한다.

α = + u =

β = - u =

근의 공식과 다른 형태의 공식이 나올 줄 알았는데, 결과는 기존의 근의 공식과 같네요.

즉, 이 방법은 이차방정식을 푸는 새로운 방법, 근의 공식을 유도하는 새로운 방법일 뿐 근의 공식과 직접 비교할 수 있는 관계는 아니에요. 오히려 이제까지 해왔던 완전제곱식을 이용한 이차방정식의 풀이법과 비교되는 거예요.

이차방정식을 푸는 새로운 방법이 나왔으니 정말로 이 내용이 교과서에 실릴 지 지켜봐야겠어요. 당연한 얘기지만 이 내용이 실린다고 해서 근의 공식이 교과서에서 빠지는 일은 없을 거예요. 어쩌면 유도 과정이 달라질 수도 있고, 두 방법이 모두 다 실릴 수도 있고요.

두 방법을 직접 해보신 여러 분은 어떤 방법이 더 쉽나요?

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보통 한 단원을 공부할 때는 앞에서 공부하지 않았던 새로운 내용을 공부해요. 그런데 그게 완전히 생뚱맞게 새로운 내용은 아니에요. 앞에서 공부했던 것에 조금 추가하는 거지요. 그런데 많은 학생은 그 연관관계를 이해는 걸 상당히 어려워하죠.

이 글에서는 방정식이라는 식이 어떻게 바뀌는지 알아볼 거예요. 그러면 그 식의 관계에 대해서 더 잘 이해할 수 있고, 문제를 풀거나 내용을 이해하는 데 훨씬 더 도움이 되지요. 아주 중요한 내용입니다. 꼭 읽어보세요.

방정식의 변화

공부하는 식의 종류에는 여러 가지가 있어요. 방정식, 부등식, 함수 등이 있죠.

방정식을 어떤 순서로 공부했나요? 중학교 1학년 때는 일차방정식, 2학년 때는 연립방정식, 3학년 때는 이차방정식, 고등학교 1학년 때는 삼차, 사차 등의 고차방정식과 연립이차방정식을 공부해요.

학년이 올라갈수록 차수가 늘어나거나 식의 개수가 늘어나죠. 그래서 문제를 푸는 방법도 어려워져요. 그런데 이게 단순히 똑같은 범주의 방정식인 건만은 아니에요.

일차방정식을 하나 풀어보죠.

5 + 3x = x + 7
3x - x = 7 - 5
2x = 2
x = 1

등식의 성질을 이용해서 일차방정식을 풀었어요.

이번에는 연립방정식을 풀어보죠.

위의 식을 ①식, 아래 식을 ②식이라고 하면,

①식 + ②식
2x = 8
x = 4

①식 - ②식
2y = 2
y = 1

두 식을 더했더니 2x = 8이라는 식이 나왔죠? 이 식은 이 식은 미지수가 x뿐인 일차방정식이에요. 미지수가 2개인 연립방정식의 두 식을 더했더니 미지수가 1개인 일차방정식으로 식이 바뀌었어요.

두 식을 빼면 2y = 2라는 y에 대한 일차방정식이 나와요. 마찬가지로 미지수가 2개인 연립방정식이 미지수가 1개인 일차방정식으로 바뀌었죠.

두 식을 더하거나 빼서 연립방정식을 일차방정식으로 바꾸는 게 연립방정식 풀이의 핵심이에요.

연립방정식 = 일차방정식 + 일차방정식

이차방정식도 풀어보죠.

x² - 5x + 6 = 0
(x - 2)(x - 3) = 0

x - 2 = 0 → x = 2
x - 3 = 0 → x = 3

x² - 5x + 6 = 0를 인수분해하면 (x - 2)(x - 3) = 0인데, 좌변이 일차식 두 개의 곱으로 되어 있어요. 이 일차식은 일차방정식이고, 여기서 미지수 x의 값을 구했어요.

이차방정식을 인수분해하니까 일차방정식 2개 되었죠? 차수가 2차에서 1차로 낮아졌어요.

인수분해해서 이차방정식을 일차방정식으로 바꾸는 게 이차방정식 문제 푸는 방법이죠. 근의 공식을 이용하는 건 제외로 하고요.

이차방정식 = 일차방정식 + 일차방정식

고차방정식과 연립이차방정식은 예시는 생략하죠. 삼차, 사차의 고차방정식도 인수분해를 하죠? 그러면 삼차방정식이 이차방정식이 되고, 이 이차방정식은 다시 바로 위에서 했던 것처럼 인수분해해서 일차방정식 2개로 바꾸는 거죠. 결국, 삼차방정식은 일차방정식 3개로 바꿔서 풀어요.

삼차방정식 = 일차방정식 + 이차방정식 = 일차방정식 + 일차방정식 + 일차방정식

일차방정식은 그대로 풀고요.
연립방정식은 식을 더하고 빼서 일차방정식으로 모양을 바꿔서 풀어요.
이차방정식은 인수분해를 해서 일차방정식으로 모양을 바꿔서 풀어요.
삼차방정식은 인수분해해서 이차방정식으로 모양을 바꾸고, 이 이차방정식은 인수분해를 한 번 더 해서 일차방정식으로 모양을 바꿔서 풀어요.
사차, 오차도 계속 이런 식으로 풀죠.

우리가 문제를 푸는 건 그냥 이차방정식을 풀고, 연립방정식을 푸는 게 아니라 식의 형태를 우리가 기존에 알고 있는 식(일차방정식)으로 바꾸는 거예요.

연립방정식에서 두 식을 더하고 빼는 건 일차방정식으로 바꾸기 위해서예요. 이차방정식에서 인수분해를 하는 이유는 바로 인수분해를 해야 일차방정식으로 모양을 바꿀 수 있기 때문이죠. 인수분해를 왜 해야 하는지, 연립방정식의 두 식을 왜 더하고 빼야 하는지 이유를 알겠죠?

즉, 그 단원에서 실제로 공부하는 건 일차방정식으로 바꾸는 방법뿐이에요. 그 이후 과정인 일차방정식을 푸는 건 이미 알고 있는 거고요.

그러니까 방정식을 푸는 건 기본적으로 일차방정식의 풀이법 + 일차방정식으로 변환법이에요.

이곳 수학방에서 공부를 했던 분이라면 글 중간마다 차수가 낮아지고 미지수가 줄어드는 걸 설명한 부분이 꽤 많다는 걸 아실 거예요. 바로 일차방정식으로의 변환법을 다른 말로 하면 미지수의 개수와 식의 차수를 낮추는 방법이거든요.

일차방정식 따로 이차방정식 따로 있는게 아니라 그들의 관계를 이해하고 식이 어떻게 바뀌는지 이해하면 공부하는게 훨씬 더 쉬워질 거예요.

물론 이건 방정식에만 적용되는 건 아닙니다. 함수에도 다른 식에도 적용되는 거에요.

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이차함수와 이차방정식은 참 많이 닮았어요. 그래서 이차함수의 그래프를 그리고 그 그래프를 통해서 이차방정식 실근의 개수를 알 수 있지요.

이 글에서는 이차함수의 그래프와 이차방정식 실근의 개수에는 어떤 관계가 있는지 알아볼 거예요. 이차함수 그래프를 간략하게 그릴 줄 알고 이차함수와 이차방정식의 간단한 관계만 알면 금방 이해할 수 있는 내용이에요.

이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근

이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프에서 그래프가 x축과 만나는 점이 있다고 해보죠. x축을 방정식으로 나타내면 y = 0이니까 교점에서의 x좌표를 구하려면 이차함수 식에 y = 0을 대입해서 구해요.

ax² + bx + c = 0이라는 식이 되고 여기서 구한 x가 이차함수 그래프와 x축의 교점의 x좌표예요. 그런데 이 식의 모양은 어디서 많이 본 모양이죠? 바로 이차방정식이에요. 즉, 이차방정식의 해가 교점의 x좌표예요.

이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0) 그래프와 x축의 교점의 x 좌표
= 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 해

교점의 x좌표와 해가 서로 같으니까 개수도 서로 같겠죠?

이차함수 y = ax² + bx + c의 그래프와 x축과의 교점이 2개면 이차방정식 ax² + bx + c = 0의 해도 두 개고, 교점이 하나면 해도 하나예요.

이차함수의 그래프와 x축과의 교점이 없으면 이차방정식의 해도 없어요. 좌표평면은 실수로만 이루어져 있으니까 정확히 말하면 실근이 없는 거죠. 수를 복소수까지 확장해보면 허근을 가져요.

이 얘기는 반대로도 할 수 있어요. 이차방정식 ax² + bx + c = 0의 해가 서로 다른 두 실근이면 이차함수 y = ax² + bx + c의 그래프와 x축이 서로 다른 두 점에서 만나고, 이차방정식의 해가 중근이면 이차함수의 그래프와 x축은 한 점에서 만나요.

이차방정식이 실근을 가지지 않으면(서로 다른 두 허근을 가지면) 이차함수의 그래프와 x축은 만나지 않아요.

이차방정식이 실근을 몇 개 가지는지는 이차방정식의 판별식을 통해서 알 수 있어요.

ax² + bx + c = 0

D = b² - 4ac

D > 0이면 서로 다른 두 실근 ⇔ 서로 다른 두 점에서 만난다.
D = 0이면 서로 같은 두 실근(중근) ⇔ 한 점에서 만난다. (접한다.)
D < 0이면 서로 다른 두 허근(실근 없음) ⇔ 만나지 않는다.

이 내용을 표로 정리해보죠. 그래프의 모양을 잘 보세요.

이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근
	D > 0	D = 0	D < 0
y = ax² + bx + c의 그래프	x축과 두 점에서 만난다.	x축과 한 점에서 만난다. (접한다.)	x축과 만나지 않는다.
a > 0일 때
a < 0일 때
ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 해	서로 다른 두 실근	중근	서로 다른 두 허근
이차함수 ax² + bx + c (a ≠ 0)와 x축의 교점의 x좌표 = 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 해

이차함수의 그래프에서 이차항의 계수인 a의 부호에 따라 그래프의 볼록한 방향이 달라지는 걸 볼 수 있어요. 판별식의 부호와 a의 부호에 따라 그래프를 그릴 수 있어야 하고, 해의 개수도 알아내야 해요.

이차함수 y = x² + 2x + k + 2의 그래프가 x축과 서로 다른 두 점에서 만나도록 하는 실수 k의 범위를 구하여라.

이차방정식 x² + 2x + k + 2 = 0에서 D > 0 이면 서로 다른 두 점에서 만나고, D = 0이면 한 점에서 만나요. D < 0이면 만나지 않죠.

D = 2² - 4 × 1 × (k + 2) > 0
4 - 4k - 8 > 0
4k < -4
k < -1

k < -1이면 서로 다른 두 점에서 만나네요.

정리해볼까요

이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프와 이차방정식의 실근

이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프와 x축의 교점 = 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 실근
D > 0 ⇔ 서로 다른 두 점에서 만난다. ⇔ 서로 다른 두 실근
D = 0 ⇔ 한 점에서 만난다.(접한다.) ⇔ 중근
D < 0 ⇔ 만나지 않는다. ⇔ 서로 다른 두 허근

이차방정식 실근의 부호

<< 고1 수학 목차 >>

이차함수의 그래프와 직선의 위치관계

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고등학교 교육과정이 자주 바뀌어 학년별 목차보다 단원별 목차가 더 효율적이라 판단되어 목록을 일부 수정합니다.

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수학Ⅰ

수학Ⅱ

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이차방정식의 두 근과 어떤 실수의 크기를 비교해보려고 해요. 실근을 알면 그냥 숫자를 비교하면 되지만 실근을 정확하게 모르는 경우에는 다른 방법이 있어야겠죠? 바로 이럴 때 이차함수의 그래프를 이용해서 실근과 숫자의 대소비교를 할 수 있어요. 그러니까 이차방정식 실근의 위치는 실수보다 크냐 작으냐를 의미하는 거예요.

이차방정식의 근과 숫자의 대소관계를 어떻게 비교할 수 있는지 그 조건은 무엇인지 알아보죠. 또 거꾸로 실근과 실수의 대소 관계를 이용해서 이차방정식을 구하는 문제도 풀어보죠. 그래프만 잘 보고 이해하면 의외로 쉽게 풀리는 내용이에요.

이차방정식 실근의 위치

이차함수 y = ax² + bx + c (a > 0)의 그래프에서 x축과의 교점을 α, β라고 해보죠. 이 α, β는 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a > 0)의 근이에요. 이차방정식의 두 근 α, β와 다른 실수 k의 대소 비교를 해보고 싶어요.

그런데 문제는 α, β를 모른다는 거예요. α, β의 정확한 값을 모르는 상태에서 α, β와 실수의 크기를 비교하는 방법을 알아보죠. 이 문제를 풀 때는 판별식, 경계에서의 y의 부호, 대칭축의 위치라는 세 가지를 고려해야 해요.

먼저 두 근 α, β가 실수 k보다 클 때에요. 그래프를 그려봤더니 아래 그림처럼 됐어요.

이차방정식 실근의 위치 - 두 근이 k보다 클 때

일단 크기 비교를 하려면 실근이 있어야 해요. 이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근에서 이차방정식이 실근을 가지려면 D ≥ 0이어야 한다고 했어요. 이게 첫 번째 조건이에요.

그림에서 보듯이 f(k) > f(α) 여야 하는데, f(α) = 0이니까 f(k) > 0이어야 해요. 이게 두 번째 조건이에요.

세 번째 조건은 축의 방정식이 k보다 오른쪽에 있어야 해요. 이차함수 y = ax² + bx + c (a > 0)의 축의 방정식은 x = 에요. 따라서 > k가 되어야 하죠.

이번에는 두 근 α, β가 k보다 작을 때에요. 그래프로 그려보면 다음과 같아요.

이차방정식 실근의 위치 - 두 근이 k보다 작을 때

여기에도 세 가지 조건이 있는데, 첫 번째는 실근이 있어야 하므로 D ≥ 0이어야 해요.

f(k) > f(β)이어야 하는데 f(β) = 0이니까 f(k) > 0이어야 해요.

세 번째는 축의 방정식이 k보다 왼쪽에 있어야 해요. < k가 되어야 하죠.

이번에는 두 근 α, β 사이에 k가 있을 때에요. 그림을 보세요.

이차방정식 실근의 위치 - 두 근 사이에 k가 있을 때

두 근 사이에 있으려면 두 근이 있어야겠죠? D > 0이어야 해요. D = 0이면 중근이라서 k가 두 근 사이에 있을 수 없어요.

그리고 f(k) < f(α) = f(β)가 되어야 하고요. 여기서 f(α) = f(β) = 0이니까 결국 f(k) < 0이네요.

k가 α와 β 사이에만 있으면 되니까 축의 방정식은 의미가 없어요.

세 가지 조건이 있는데, D < 0이면 실근이 없고, D = 0이면 중근이 생기죠. 그런데 이 두 경우에는 f(x) < 0인 부분이 없어요. 따라서 두 번째 조건인 f(k) < 0만 만족해도 f(x) < 0인 부분이 있다는 뜻으로 D > 0이라는 게 자연스럽게 성립돼요.

결국, 두 근 α, β 사이에 k가 있을 조건은 f(k) < 0 하나만 있으면 돼요.

α, β가 k보다 클 때
- D ≥ 0
- f(k) > 0
- k <
α, β가 k보다 작을 때
- D ≥ 0
- f(k) > 0
- k >
α, β 사이에 k가 있을 때
- f(k) < 0

1, 2번에서는 세 번째만 다르네요.

끝으로 두 근 α, β가 k'보다 크고, k보다 작을 때에요. (k' < k)

이차방정식 실근의 위치 - 두 근이 k'보다 크고 k보다 작을 때

위에서 세 가지 경우를 해봤어요.

두 근 α, β가 k'보다 크고, k보다 작을 경우는 1, 2번 경우를 하나로 합치면 되겠죠?

D ≥ 0, f(k') > 0, f(k) > 0, k' < < k

x² + 2x + m + 2 = 0의 두 근사이에 1 있을 때, 실수 m의 범위를 구하여라.

두 근 α, β 사이에 k가 있을 조건은 하나에요. f(k) < 0

f(x) = x² + 2x + m + 2라고 놓으면
f(1) = 1² + 2 + m + 2
= m + 5 < 0
m < -5

m < -5이면 x² + 2x + m + 2 = 0의 두 근 사이에 1이 있네요.

정리해볼까요

이차방정식 실근의 위치. 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a > 0)이 두 근을 α, β (α ≤ β)라고 할 때

α, β가 k보다 클 때
- D ≥ 0
- f(k) > 0
- k <
α, β가 k보다 작은 때
- D ≥ 0
- f(k) > 0
- k >
α, β 사이에 k가 있을 때
- f(k) < 0
α, β가 k'보다 크고, k보다 작을 때 (k' < k)
- D ≥ 0
- f(k') > 0
- f(k) > 0
- k' < < k

이차함수의 그래프와 직선의 위치관계

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이차함수 총정리

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x축도 직선이죠? 이차함수의 그래프와 직선의 위치관계를 이용하여 이차함수의 그래프와 x축의 위치관계를 알아볼 거예요. 이 둘 사이의 위치관계를 통해서 이차방정식의 근의 개수를 파악할 수 있어요. 결국, 이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근이 어떤 관계가 있는지 확인할 수 있죠.

이차함수의 그래프와 x축의 모습을 간략하게 그릴 수 있으면 이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근 사이의 관계를 이해하는 데 훨씬 도움이 돼요.

이차함수의 그래프와 x축의 위치관계

이차함수의 그래프와 직선의 위치관계에서 이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프와 y = mx + n 사이의 위치관계를 구해봤어요. ax² + bx + c = mx + n에서 판별식 D를 구해서 관계를 구했죠.

이번에는 이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프와 x축 사이의 관계를 알아볼 거예요. x축은 직선의 방정식으로 나타내면 y = 0이죠. x축도 직선이니까 같은 방법을 이용하여 판별식 D를 구해보죠.

ax² + bx + c = 0

D = b2 - 4ac

D > 0이면 서로 다른 두 점에서 만나요.
D = 0이면 한 점에서 만나죠. (접한다.)
D < 0이면 만나지 않아요.

여기까지는 쉬워요.

그런데 식을 다시 한 번 보세요. ax² + bx + c = 0은 어떤 모양인가요? 바로 이차방정식의 일반형이죠? 그러니까 이차함수의 그래프와 x축의 관계는 이차방정식으로 나타낼 수 있는 거예요. x축과의 교점이 바로 이차방정식의 해가 되는 겁니다.

D > 0이어서 서로 다른 두 점에서 만나면 해가 2개가 되는 거고, D = 0으로 한 점에서 만나면 해가 하나인 경우예요. 이차방정식의 해가 1개인 경우는 중근일 때죠. D < 0이어서 만나지 않을 때는 해가 없어요. 실수범위에서만 구하기 때문에 해가 없는 거고 복소수까지 생각한다면 D < 0일 때의 해는 서로 다른 두 허근이에요.

이건 이차방정식의 판별식, 실근, 허근에서 했던 내용이지요.

D > 0일 때와 D = 0일 때 실근을 갖는데, 이 실근은 이차함수의 그래프와 x축의 교점의 x좌표에요.

이 내용을 표로 정리해보죠. 그래프의 모양을 잘 보세요.

이차함수의 그래프와 x축과의 위치관계
	D > 0	D = 0	D < 0
y = ax² + bx + c의 그래프	x축과 두 점에서 만난다.	x축과 한 점에서 만난다. (접한다.)	x축과 만나지 않는다.
a > 0일 때
a < 0일 때
ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 해	서로 다른 두 실근	중근	서로 다른 두 허근
이차함수 ax² + bx + c (a ≠ 0)와 x축의 교점의 x좌표 = 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 해

이차항의 계수인 a의 부호에 따라 그래프의 볼록한 방향이 달라지는 걸 볼 수 있어요. 판별식의 부호와 a의 부호에 따라 그래프를 그릴 수 있어야 하고, 해의 개수도 알아내야 해요.

이차함수 y = x² + (k + 1)x + k + 1의 그래프가 x축과 서로 다른 두 점에서 만나도록 하는 실수 k의 범위를 구하여라.

이차방정식 x² + (k + 1)x + k + 1 = 0에서 D > 0 이면 서로 다른 두 점에서 만나고, D = 0이면 한 점에서 만나요. D < 0이면 만나지 않죠.

D = (k + 1)² - 4 × 1 × (k + 1) > 0
k² + 2k + 1 - 4k - 4 > 0
k² - 2k - 3 > 0
(k + 1)(k - 3) > 0

k < -1 or k > 3

정리해볼까요

이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프와 이차방정식의 실근

이차함수 y = ax² + bx + c (a ≠ 0)의 그래프와 x축의 교점 = 이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 실근
D > 0 ⇔ 서로 다른 두 점에서 만난다. ⇔ 서로 다른 두 실근
D = 0 ⇔ 한 점에서 만난다.(접한다.) ⇔ 중근
D < 0 ⇔ 만나지 않는다. ⇔ 서로 다른 두 허근

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고1 수학 목차

>> 이차방정식의 그래프와 이차부등식의 해

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이차방정식과 일차방정식의 연립방정식를 풀 때는 일차식을 이차식에 대입했어요. 이차방정식 두 개가 연립된 연립이차방정식의 풀이에서는 이차방정식 중의 하나를 인수분해하고, 인수분해된 일차식을 이차방정식에 대입해서 풀었죠.

이 글에서 공부할 연립이차방정식의 풀이는 이차방정식로 된 연립이차방정식에서 두 이차방정식이 모두 인수분해가 되지 않는 경우예요. 이차식을 그대로 사용할 수가 없으니까 일차식으로 바꿔야 하는데, 이게 이 글에서 가장 중요한 내용입니다.

이차식을 어떻게 일차식으로 바꾸는지 알아보죠.

연립방정식 - 연립이차방정식의 풀이

연립이차방정식의 기본 풀이는 일차방정식을 만들고, 이 일차방정식을 이차방정식과 연립해서 푸는 거예요.

연립이차방정식에서 이차방정식 중 하나가 인수분해되면 인수분해를 해서 일차방정식 두 개를 얻어요. 이 일차방정식들과 이차방정식을 이용해서 새로운 연립이차방정식을 두 개 만들어서 해를 구했어요.

두 이차방정식이 모두 인수분해가 안 될 때도 일차식을 얻어야하는데, xy항이 있을 때와 없을 때가 달라요. xy항이 없을 때는 인수분해를 하지 않아도 일차방정식을 얻을 수 있고, xy항이 있으면 인수분해를 해야 일차방정식을 얻을 수 있어요.

xy항이 없을 때 - 최고차항 제거

두 이차방정식이 모두 인수분해되지 않고, xy항이 없으면 최고차항을 없애요. 최고차항이 2차니까 없애면 일차항으로만 된 일차방정식이 남겠죠. 남은 일차방정식과 문제에서 주어진 이차방정식 중 하나를 연립해서 새로운 연립이차방정식을 만들어서 푸는 겁니다.

연립이차방정식의 풀이 - xy항이 없을 때

다음 연립방정식의 해를 구하여라.

연립이차방정식에서 위의 식을 ①, 아래 식을 ②이라고 해보죠. 두 식 모두 인수분해가 되지 않고, xy항이 없으니까 최고차항인 x²을 제거해보죠. ① × 2 - ② × 3하면 되겠네요.

6x² + 4y - 10x = 8 … ① × 2
6x² - 15y + 9x = 27 … ② × 3

19y - 19x = -19 … ① × 2 - ② × 3
x - y = 1

일차방정식이 생겼는데 이 일차방정식과 이차방정식 중 하나를 골라서 새로운 연립이차방정식을 만들어요. ①을 골라보죠.

일차방정식과 이차방정식의 연립이므로 일차방정식을 한 문자에 대해서 정리한 후에 이차방정식에 대입해요.

x - y = 1
y = x - 1 → ①에 대입

3x² + 2(x - 1) - 5x = 4
3x² + 2x - 2 - 5x - 4 =0
3x² - 3x - 6 = 0
x² - x - 2 = 0
(x + 1)(x - 2) = 0

x = -1 or x = 2
y = -2 or y = 1 (∵ y = x - 1)

xy 항이 있을 때 - 상수항 제거

연립이차방정식에서 두 이차방정식이 모두 인수분해가 되지 않고, xy항이 있으면 상수항을 제거해요. 이렇게 없앤 식을 인수분해할 수 있는데, 인수분해하면 일차식 두 개의 곱으로 되죠? 두 일차방정식과 원래 문제 있던 이차방정식을 이용해서 새로운 연립이차방정식을 만들어 풀면 됩니다. 이때 이차방정식이 두 개인데, 아무거나 선택해도 상관없어요.

연립이차방정식의 풀이 - xy항이 있을 때

다음 연립방정식의 해를 구하여라.

연립이차방정식에서 위의 식을 ①, 아래 식을 ②이라고 해보죠. 두 식 모두 인수분해가 되지 않고, xy항이 있으니까 상수항을 제거해보죠. ① × 2 + ②하면 상수항이 없어지겠네요.

2x² - 2xy + 2y² = 14 … ① × 2
4x² - 9xy + y² = -14 … ②

6x² - 11xy + 3y² = 0 … ① × 2 + ②

(2x - 3y)(3x - y) = 0
2x - 3y = 0 or 3x - y = 0

상수항을 제거하고 인수분해를 했더니 두 일차식의 곱이 됐어요. 이 두 일차방정식과 원래의 이차방정식 중 하나를 연립해서 새로운 연립이차방정식을 만들어요. ①을 골라보죠.

새롭게 만들어진 연립이차방정식을 풀어볼까요? 연립이차방정식의 풀이에서 일차방정식과 이차방정식이 연립된 연립이차방정식에서는 일차방정식을 한 문자에 대해서 정리한 후에 이차방정식에 대입해서 푼다고 했어요.

왼쪽의 연립이차방정식부터 풀어보죠.

2x - 3y = 0
→ ①에 대입

y = ±2 (∵ )

이번에는 오른쪽 연립이차방정식을 풀어보죠.

3x - y = 0
y = 3x → ①에 대입

x² - x × 3x + (3x)² = 7
x² - 3x² + 9x² = 7
7x² = 7
x² = 1
x = ± 1
y = ± 3 (∵ y = 3x)

정리해볼까요

연립이차방정식의 풀이 - 인수분해가 되지 않고 xy항이 없을 때

최고차항을 제거하여 일차식을 얻음
①에서 얻은 일차방정식과 문제에서 주어진 이차방정식 중 하나를 연립
일차방정식을 한 문자에 관하여 정리 후 이차방정식에 대입
③의 이차식방정식 풀이
④의 해를 ①에 대입하여 남은 미지수의 값을 구함

연립이차방정식의 풀이 - 인수분해가 되지 않고 xy항이 있을 때

상수항을 제거한 후 인수분해
①에서 얻은 두 일차방정식과 문제에서 주어진 이차방정식 중 하나를 연립하여 두 개의 연립방정식을 세움
②에서 얻은 두 연립방정식을 각각 풀이

연립이차방정식의 풀이 1

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부정방정식

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연립방정식 중에서도 이차식이 포함된 연립이차방정식의 풀이입니다.

연립일차방정식에서는 미지수가 3개였고 차수는 1차였죠? 식 세가 연립된 형태였어요. 연립이차방정식은 미지수가 2개고 차수가 2차에요. 식은 두 개입니다. 생긴 게 다르니까 금방 구별할 수 있겠죠?

연립이차방정식 중에서는 이차방정식 두 개가 연립된 경우도 있고, 일차방정식 한 개와 이차방정식 한 개가 연립된 경우도 있어요. 각각의 풀이법을 알아보죠.

연립이차방정식의 풀이

방정식의 차수를 결정할 때는 여러 항 중에서 최고차항의 차수를 이용하죠? 마찬가지로 연립방정식에서도 가장 높은 차수의 방정식에 따라 이름이 붙어요. 연립방정식 중에서 이차인 방정식이 차수가 가장 높으면 그 연립방정식은 연립이차방정식이라고 합니다.

앞서 공부했던 미지수가 3개인 연립일차방정식에서는 세 방정식에서 가장 차수가 높은 방정식이 1차여서 연립일차방정식이라고 한 거예요.

연립이차방정식 - 일차방정식과 이차방정식

일차방정식 한 개와 이차방정식 한 개가 연립된 경우에요. 이때는 대입법을 사용해요. 일차방정식을 한 문자에 대하여 정리한 다음에 이차방정식에 대입하는 거죠. 그럼 이차방정식의 미지수가 1개가 되니까 일반적인 이차방정식의 풀이를 이용해서 미지수의 값을 구해요. 이렇게 구한 미지수의 값을 일차방정식에 대입해서 나머지 한 개도 구하는 겁니다.

일차방정식을 한 문자에 관하여 정리
①을 이차방정식에 대입
②의 이차방정식 풀기
③의 해를 일차방정식에 대입하여 나머지 미지수를 구함

다음 연립방정식을 풀어라.

일차방정식과 이차방정식으로 되어 있는 연립방정식이에요. 일차방정식을 ①, 이차방정식을 ②라고 해보죠.

일차방정식 ①을 y에 대해서 정리해요.

x + y = 2
y = 2 - x … ③

③을 ②에 대입해요. x² + (2 - x)² = 10으로 x에 관한 이차방정식이네요. x를 구해볼까요?

x² + (2 - x)² = 10
x² + x² - 4x + 4 = 10
2x² - 4x - 6 = 0
x² - 2x - 3 = 0
(x - 3)(x + 1) = 0
x = -1 or 3

이차방정식이니까 x의 값이 두 개예요. 이 두 개를 ①에 대입해서 y를 구할 수 있어요. x = -1이면 y = 3, x = 3 이면 y = -1이네요.

결국 해는 x = -1, y = 3 or x = 3, y = -1입니다.

이차방정식에서는 해가 두 개예요. 그래서 일차방정식과 이차방정식의 연립방정식에서는 해가 두 쌍이 됩니다. 이차방정식의 해가 중근이면 한 쌍이 나올 수도 있고요.

연립이차방정식 - 두 이차방정식

이차방정식이 두 개일 경우예요. 위에서 일차방정식과 이차방정식이 있을 때는 푸는 법을 공부했죠? 그러니까 이차방정식이 두 개있는 것도 일차방정식과 이차방정식이 연립한 것으로 바꾸면 풀 수 있겠죠? 어떻게 바꾸느냐면 바로 인수분해를 하는 거예요.

이차방정식 중 하나를 인수분해해서 일차식 두 개의 곱으로 바꿔요. 이 일차식과 이차방정식으로 새로운 연립방정식을 세워요. 그러면 원래는 이차방정식 두 개로 되어있던 한 개의 연립방정식이 일차방정식과 이차방정식으로 된 두 개의 연립방정식이 되죠. 각각의 연립방정식에서 해를 구하는 겁니다.

각각에서 2쌍씩 해가 나오니까 총 해의 개수는 4쌍이에요.

연립이차방정식 풀이법

다음 연립방정식의 해를 구하여라.

두 식 중 위의 식을 ①, 아래에 있는 식을 ②라고 해보죠. 두 식 중 하나를 인수분해해야 하는데, ②가 인수분해가 되는군요.

x² + xy - 6y² = 0
(x - 2y)(x + 3y) = 0

인수분해를 했더니 두 일차식의 곱으로 바뀌었어요. x - 2y = 0, x + 3y = 0 두 식과 ①을 이용해서 두 개의 연립방정식을 만들어요.

왼쪽의 연립이차방정식부터 풀어보죠. 일차방정식을 한 문자에 대하여 정리한 후에 이차방정식에 대입해요.

x - 2y = 0
x = 2y → ①에 대입

x² + y² = 25
(2y)² + y² = 25 (∵ x = 2y)
5y² = 25
y² = 5
y = ±
x = ±2 (∵ x = 2y)

오른쪽 연립방정식을 풀어볼까요?

x + 3y = 0
x = -3y → ①에 대입

x² + y² = 25
(-3y)² + y² = 25 (∵ x = -3y)
10y² = 25
2y² = 5
y =
x = (∵ x = -3y)

연립이차방정식 예제 2 - 풀이 답

정리해볼까요

연립이차방정식 - 일차방정식과 이차방정식

일차방정식을 한 문자에 관하여 정리
①을 이차방정식에 대입
②의 이차방정식 풀이
③의 해를 일차방정식에 대입하여 나머지 미지수 구함

연립이차방정식 - 이차방정식 두 개

이차방정식 중 하나를 인수분해
인수분해된 두 개의 일차식과 나머지 이차방정식을 묶어서 새로운 연립방정식 두 개를 세움
각각의 연립방정식을 풀이

미지수가 3개인 연립일차방정식

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연립이차방정식의 풀이 2

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이차방정식은 두 개의 근을 가져요. 근을 구하면 근의 부호를 알 수 있어요. 하지만 부호만 알고 싶을 때는 근을 구하지 않고 이차방정식의 판별식과 근과 계수와의 관계를 이용하면 근들의 부호를 알 수 있어요.

근 하나하나의 부호를 정확하게 알 수는 없지만 둘의 부호가 같다 다르다 정도는 알 수 있죠. 또 둘의 부호가 같을 때에는 둘 다 양수인지 음수인지도 알 수 있고요.

이차방정식의 판별식과 근과 계수와의 관계를 이용해서 이차방정식 실근의 부호를 판별하는 방법을 알아보죠.

이차방정식 실근의 부호

복소수에는 대소관계나 부호가 없어서 허근이면 부호를 판별할 수 없어요. 실수는 부호가 있어서 실근일 때만 부호를 판별해요. 따라서 근의 부호를 판별할 때는 실근이라는 조건을 만족해야 해요.

이차방정식의 판별식, 실근, 허근에서 이차방정식이 실근을 가지려면 D ≥ 0이어야 한다고 했어요.

이차방정식 ax² + bx + c = 0의 두 근을 α, β라고 할 때 두 근의 부호를 판별하려면 실근을 갖도록 D = b² - 4ac ≥ 0이어야 해요.

이차방정식 실근의 부호를 판별할 때는 두 근의 합과 두 근의 곱을 이용해요.

두 근 α, β가 둘 다 양수면 어떨까요? 두 근의 합 α + β > 0이겠죠? 두 근의 곱 αβ > 0일 거예요.

반대로, 두 근 α, β가 둘 다 음수면 어떨까요? 두 근의 합 α + β < 0이고, 두 근의 곱 αβ > 0이죠.

만약에 두 근 α, β의 부호가 서로 반대면 어떨까요? 하나는 양수, 하나는 음수라면 말이죠. 일단 두 근의 합은 α, β의 절댓값에 따라 달라질 수 있어요. 양수인 근의 절댓값이 크면 합은 양수, 음수인 근의 절댓값이 크면 합은 음수예요. 근을 모르는 상태에서는 두 근의 합의 부호를 알 수가 없어요.

양수와 음수를 곱하니까 두 근의 곱 αβ < 0이에요. 이차방정식의 근과 계수와의 관계에 의해 αβ = 이죠.
αβ < 0
< 0
ac < 0
-4ac > 0
b² - 4ac > b²

b² 은 실수의 제곱으로 0보다 크거나 같으니까 D = b² - 4ac > 0이에요. αβ < 0이면 항상 D > 0이므로 D ≥ 0인지 굳이 확인할 필요가 없어요.

두 근이 부호가 반대일 때는 D ≥ 0은 확인할 필요가 없고 α + β의 부호는 알 수 없으니 αβ < 0인지만 확인하면 되는 거죠.

이차방정식 실근의 부호
ax² + bx + c = 0(a, b, c는 실수, a ≠ 0)의 두 근을 α, β라고 할 때
두 근이 모두 양수: D ≥ 0, α + β > 0, αβ > 0
두 근이 모두 음수: D ≥ 0, α + β < 0, αβ > 0
두 근의 부호가 반대: αβ < 0

이차방정식 x² + 5x + 4 = 0의 근을 α, β라고 할 때 α, β의 부호를 판별하여라.

근의 부호를 판별하려면 판별식 D, 두 근의 합 α + β, 두 근의 곱 αβ의 부호를 알아봐야 해요.

D = 5² - 4 × 1 × 4 = 25 - 16 = 9 > 0이므로 서로 다른 실근 두 개를 갖는군요. 부호를 판별할 수 있어요..

이차방정식에서 두 근의 합과 곱의 부호를 알려면 이차방정식의 근과 계수와의 관계를 이용해요.

α + β = -5 < 0이므로 둘 다 음수일 수도 있어요. 또 부호가 반대고 음수인 근의 절댓값이 큰 경우일 수도 있지요.

αβ = 4 > 0이므로 두 근의 부호가 같네요.

결국 이차방정식의 두 근 α, β는 둘 다 음수입니다

실제로 이차방정식의 근은 -1, -4로 둘 다 음수예요.

이차방정식 x² - 4x + (k - 3) = 0의 두 근이 모두 양수가 되도록 하는 k의 범위를 구하여라.

이차방정식의 두 근을 α, β라고 할 때 두 근이 모두 양수이려면 D ≥ 0, α + β > 0, αβ > 0이어야 해요.

이차항의 계수가 짝수니까 D/4를 이용해보죠.
D/4 = (-2)² - 1 × (k - 3) ≥ 0
4 - k + 3 ≥ 0
k ≤ 7

α + β = 4 > 0이네요. k가 들어있지 않으니까 문제와 직접적인 관계는 없어요.

αβ = k - 3 > 0
k > 3

k ≤ 7과 k > 3을 동시에 만족해야 하므로 3 < k ≤ 7입니다.

정리해볼까요

이차방정식 ax² + bx + c = 0(a, b, c는 실수, a ≠ 0)의 두 근을 α, β라고 할 때

두 근이 모두 양수: D ≥ 0, α + β > 0, αβ > 0
두 근이 모두 음수: D > 0, α + β < 0, αβ > 0
두 근의 부호가 반대: αβ < 0

이차방정식의 인수분해

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이차함수의 그래프와 이차방정식의 실근

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이차방정식의 해를 구할 때, 인수분해를 했었죠? 그런데 또 이차방정식의 인수분해라니 약간 이상할 거예요.

방정식의 해를 구할 때 인수분해 공식을 사용해서 인수분해할 수 있어요. 이글에서는 인수분해 공식을 사용할 수 없을 때 인수분해하는 방법에 대해서 공부할 거예요.

이차방정식을 인수분해해서 해를 구하는 과정을 거꾸로만 하면 되는 쉬운 내용이에요.

인수분해 공식을 사용할 수 없을 때 이차방정식을 인수분해하는 방법을 알아보죠.

이차방정식의 인수분해

이차방정식을 인수분해하려면 인수분해 공식을 이용하죠. 그런데 이 공식은 계수가 정수인 경우에 사용할 수 있어요. 그나마도 X자 방법을 할 수 있을 때죠. X자 방법을 사용할 수 없거나 계수가 분수, 소수, 무리수가 들어있다면 인수분해하기가 힘들죠.

인수분해 공식 - 이차항의 계수가 1이 아닐 때

2x² - 2x + 2 = 0 이런 식은 인수분해 공식으로 인수분해할 수 없죠?

이럴 때 아주 간단한 방법으로 인수분해를 할 수 있어요. 보통은 이차방정식을 인수분해해서 근을 구하죠? 이 과정을 거꾸로 해서 근을 구한 다음에 인수분해를 하는 거예요.

이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 두 근을 α, β라고 할 때, 이차방정식의 근과 계수와의 관계에 의해 아래 식을 유도할 수 있어요.

α + β =
-a(α + β) = b

αβ =
aαβ = c

ax² + bx + c = 0에 위에서 구한 b, c를 넣어보죠.
ax² + bx + c = 0
ax² - a(α + β)x + aαβ = 0
a{x² - (α + β)x + αβ} = 0
a(x - α)(x - β) = 0

이차방정식의 두 근과 이차항의 계수를 알면 a(x - α)(x - β) = 0로 인수분해를 할 수 있겠죠?

이차방정식의 두 근을 알아내려면 근의 공식을 이용하면 돼요.

이차방정식의 인수분해
1. 인수분해 공식을 이용해서 인수분해
2. 인수분해 공식을 사용할 수 없으면 근의 공식으로 근을 구하고, 이차항의 계수와 두 근을 이용해서 인수분해

ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 두 근이 α, β일 때,
a(x - α)(x - β) = 0

다음 이차방정식을 복소수 범위에서 인수분해하여라.
(1) x² - 5x + 3 = 0
(2) 2x² - 2x + 2 = 0

일단 인수분해 공식을 이용해서 인수분해를 할 수 있다면 공식을 이용하세요. 공식으로 안 되면 그때 근을 구해서 하는 겁니다.

(1) 인수분해 공식으로 인수분해가 안 되니 근을 구해서 해야겠네요.

이차방정식의 인수분해 예제 1 - 풀이 2

x² - 5x + 3 = 0

(2)번도 근을 구해보죠. 이차항의 계수가 2네요.

이차방정식의 인수분해 예제 2 - 풀이 1

2x² - 2x + 2 = 0

정리해볼까요

이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 인수분해

인수분해 공식을 사용할 수 있으면
인수분해 공식으로 인수분해
인수분해 공식을 사용할 수 없으면
근의 공식으로 두 근(α, β)을 구한 후 인수분해
a(x - α)(x - β) = 0

이차방정식의 켤레근

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이차방정식 실근의 부호

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이번에도 중3 때 공부했던 내용에 대해서 복습하는 거예요.

이차방정식의 해를 구하는 게 아니라, 이차방정식의 해를 알려주고 두 수를 근으로 하는 이차방정식을 구하는 문제에요. 때로는 해를 알려주는 대신에 두 근의 합과 곱을 알려주고 이차방정식을 구하는 문제도 나오죠.

새로운 내용은 아니고 이차방정식의 해를 구하는 과정을 거꾸로 하면 되는 내용이에요.

이럴 경우에 어떻게 이차방정식을 구하는지 알아봐요.

두 수를 근으로 하는 이차방정식

두 수를 근으로 하는 이차방정식을 구하는 방법은 인수분해를 이용해서 이차방정식의 해를 구하는 과정을 거꾸로 거스르는 거예요. 그러니까 해를 이용해서 인수분해가 된 식을 만들고 그 식을 전개하는 거죠. 인수분해의 반대는 전개니까요.

x² - 3x + 2 = 0
(x - 1)(x - 2) = 0
x = 1 or x = 2

두 근을 α, β라고 하고 위 과정을 거꾸로 해보죠.

x = α or x = β
(x - α)(x - β) = 0
x² - (α + β)x + αβ = 0

-2, 3을 두 근으로 하고 이차항의 계수가 1인 이차방정식을 구하여라.

두 근이 -2, 3이니까 인수분해가 된 식으로 바꿔보면
(x + 2)(x - 3) = 0
x² - x - 6 = 0

이번에는 이차항의 계수가 1이 아닌 경우를 알아보죠. 위 예제를 살짝 바꿔볼까요?

-2, 3을 두 근으로 하고 이차항의 계수가 2인 이차방정식을 구하여라.

(x + 2)(x - 3) = 0
x² - x - 6 = 0

이차항의 계수가 2라고 했으니까 위 식의 이차항의 계수를 2로 바꿔서 2x² - x - 6 = 0이 될까요? 방정식의 해를 식에 대입하면 식이 성립해야 하죠? 그런데 x = -2를 식에 대입해보면 식이 성립하지 않아요. 즉 이 방정식은 -2를 해로 갖지 않는 식이라는 거예요.

이차방정식의 계수가 2이면 단순히 이차항의 계수만 2로 바꿔주는 게 아니라 식 전체에 곱해줘야 해요. 해를 구하려고 인수분해할 때 공통인수 2로 묶였다고 생각해야 합니다.

2(x + 2)(x - 3) = 0
2(x² - x - 6) = 0
2x² - 2x - 12 = 0

이차항의 계수가 1이 아니라 a일 때는 이차항의 계수만 a로 바꿔주는 게 아니라 식 전체에 a를 곱해줘야 한다는 점에 주의하세요.

두 근이 α, β이고, 이차항의 계수가 a인 이차방정식
a(x - α)(x - β) = 0

두 근의 합과 곱이 주어졌을 때 이차방정식

위 공식을 전개해볼까요?

a(x - α)(x - β) = 0
a{x² - (α + β)x + αβ} = 0

위 전개식에 두 근의 합과 곱이 들어있어요. 일차항의 계수는 두 근의 합의 부호를 바꾼 것이고, 상수항은 두 근의 곱이죠. 그리고 제일 앞에 이차항의 계수 a를 곱해주는 모양이네요.

이번에는 이차방정식의 근과 계수와의 관계를 이용해서 유도해볼까요?

두 근의 합 α + β와 두 근의 곱 αβ가 주어져 있을 때, 이차방정식을 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)이라고 해보죠.

α + β =
-a(α + β) = b

αβ =
aαβ = c

ax² + bx + c = 0에 위에서 구한 b, c를 넣어보죠.
ax² + bx + c = 0
ax² - a(α + β)x + aαβ = 0
a{x² - (α + β)x + αβ} = 0

어떤 방법을 이용하던 결과는 똑같아요.

두 근의 합이 m이고 곱이 n, 이차항의 계수가 a인 이차방정식
a(x² - mx + n) = 0
a(x² - 합x + 곱) = 0

여기서도 마찬가지로 이차항의 계수는 단순히 이차항의 계수만 바꿔주는 게 아니라 a를 식 전체에 곱해줘야 해요.

이차방정식 x² - 3x + 6 = 0의 두 근을 α, β라고 할 때 다음을 구하여라.
(1) α + β, αβ를 두 근으로 하고 이차항의 계수가 2인 이차방정식
(2) α + 1, β + 1을 두 근으로 하고 이차항의 계수가 1인 이차방정식

이차방정식이 인수분해가 되지 않아요. 근의 공식을 이용해서 근을 구할 수도 있지만, 무리수인 근을 더하고 곱하는 과정을 굳이 거치지 않고도 문제를 풀 수 있어요. 두 근을 직접 구하기보다 두 근의 합과 곱을 이용해서 풀면 되죠.

이차방정식의 근과 계수와의 관계에 의해서 α + β = 3, αβ = 6

(1) α + β = 3, αβ = 6이므로 3, 6을 두 근으로 하고 이차항의 계수가 2인 이차방정식을 구하라는 거네요.

2(x - 3)(x - 6) = 0
2(x² - 9x + 18) = 0
2x² - 18x + 36 = 0

(2)는 문제에서 구하는 이차방정식의 두 근이 α + 1, β + 1이니까 이들의 합과 곱을 구해보죠.
(α + 1) + (β + 1) = α + β + 2 = 3 + 2 = 5
(α + 1)(β + 1) = αβ + α + β + 1 = 6 + 3 + 1 = 10

x² - 5x + 10 = 0

정리해볼까요

두 근 (α, β)과 이차항의 계수(a)가 주어졌을 때

a(x - α)(x - β) = 0

두 근의 합과 곱, 이차항의 계수(a)가 주어졌을 때

a(x² - 합x + 곱) = 0

이차방정식의 근과 계수와의 관계

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이차방정식의 켤레근

그리드형

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이차방정식의 근과 계수와의 관계는 중3 때 근과 계수와의 관계에서 했어요. 내용은 전혀 달라지지 않았습니다. 완전히 똑같아요. 대신 이걸 활용하는 문제가 조금 더 어려워진 것뿐이에요.

근과 계수와의 관계 공식을 잊어버렸다면 이 글을 통해서 한번 더 복습하고 앞으로는 잊어버리지 않도록 하세요.

이차방정식의 근과 계수와의 관계 문제에서는 곱셈공식의 변형을 이용한 문제들이 많이 나오니까 이 공식들도 기억하고 있어야 해요.

이차방정식의 근과 계수와의 관계

이차방정식 ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)의 근은 근의 공식을 이용해서 구할 수 있어요.

이차방정식의 두 근을 α, β라고 하고 , 라고 해보죠.

두 근의 합과 계수와의 관계

일단 두 근 α, β를 더 해보죠.

두 근의 곱과 계수와의 관계

이번에는 두 근을 곱해볼게요.

정리해보면 아래 공식을 얻을 수 있어요.

ax² + bx + c = 0 (a ≠ 0)
α + β = -$\frac{b}{a}$ αβ = $\frac{c}{a}$

두 근의 차와 계수와의 관계

이번에는 차를 구해보죠. 차는 α, β 중 어느 것이 더 큰지 모르니까 절댓값을 이용해서 구해요.

근과 계수와의 관계 - 두 근의 차

분자는 근의 공식에서 뒤에 있는 제곱근 부분으로 판별식 D에 루트 씌워놓은 거고, 분모는 |a|네요.

위 공식을 이용해서 차를 구하는 경우보다는, 두 근의 합(α + β)와 두 근의 곱(αβ)를 이용해서 구하는 경우가 훨씬 많아요. 이때, 곱셈공식의 변형을 사용해요.

2x² + 4x - 8 = 0의 두 근을 α, β라고 할 때 다음을 구하여라.
(1) α + β
(2) αβ
(3) α² + β²
(4) (α + 1)(β + 1)
(5)
(6) |α - β|

(1) α + β =

(2) αβ =

(3) α² + β²은 곱셈공식의 변형을 이용한 문제예요.
α² + β²
= (α + β)² - 2αβ
= (-2)² - 2 × (-4)
= 4 + 8 = 12

(4) (α + 1)(β + 1)는 곱셈공식을 이용해서 전개해야겠네요.
(α + 1)(β + 1)
= αβ + α + β + 1
= -4 + (-2) + 1
= -5

(5) 는 통분해서 계산해보죠.

(6) 두 근의 차는 두 근의 합, 두 근의 곱, 곱셈공식의 변형을 이용해서 구하고, 절댓값으로 표현합니다.
(α - β)² = (α + β)² - 4αβ
(α - β)² = (-2)² - 4 × (-4)
(α - β)² = 4 + 16
(α - β)² = 20
|α - β| =