수학/기하

구의 부피를 어떻게 구할까?

중학교 1학년에서는 다음과 같이 구의 부피와 겉넓이를 구하는 방법을 배워요. 반지름이 $r$인 구에 대해 그것의 부피는 $\frac{4}{3}\pi r^3$이며, 겉넓이는 $4\pi r^2$이다. 교과서에서는 이것에 대한 수학적 증명 대신 물을 이용해 실험적으로 부피를 구하여 이것이 공식의 값과 매우 근사함을 보여요. 하지만 이런 증명은 전혀 수학적이지 않지요. 이번에는 중학교 수준에서 구의 부피와 겉넓이를 구하는 방법을 알아볼 거예요. 핵심 아이디어. 카발리에리의 원리 두 평행선 $l$과 $m$이 있고 두 꼭짓점은 $l$ 위에, 다른 한 꼭짓점은 $m$ 위에 있는 삼각형 $\triangle \mathrm{ABC}$를 생각해봐요. 이제 직선 $l$, $m$은 가만히 두고 $\mathrm{A}$를 움직여봐..

물체의 충돌로 원주율 근사하기

원주율은 지름과 원주가 이루는 비로 그 값은 대략 다음과 같다. $\pi$=3.1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679 원주율은 무리수이기 때문에 정확한 값을 구할 수는 없고 그 값을 근사해서 사용하는 것이 일반적이다. 근사에는 바젤 문제, 라이프니츠 공식 등 수학적인 방법으로 원주율을 유도하는 방법을 사용한다. 그런데 물리학을 이용해서 물체의 충돌로 원주율을 근사하는 방법이 있다. 질량이 1kg인 물체 A를 준비하고 한쪽에는 벽을, 다른 한쪽에는 질량이 $100^{n}$인 물체 B를 가져다 놓는다. 그리고 물체 B를 A쪽으로 운동시켜 벽과 두 물체가 완전탄성충돌하게..

제1, 2 코사인정리

직각삼각형에서는 다음이 성립한다. $a^2+b^2=c^2$ 피타고라스의 정리로 알려진 이 정리는 직각삼각형에서 직각을 끼고 있는 두 변의 길이를 알면 반대쪽 빗면의 길이를 알 수 있게 해 준다. 그런데 직각 말고 임의의 각에 대해 성립하는 공식이 있다. 이번 글에서는 제1, 2 코사인 법칙에 대해 알아보자. 제1 코사인 법칙 삼각형 $\triangle \mathrm{ABC}$와 각 꼭짓점의 대변의 길이가 $a,\;b,\;c$이다. 이때 다음이 성립한다 $a=b\cos C+c\cos B$ $b=a\cos C+c\cos A$ $c=a\cos B+b\cos A$ 증명 $a=b\cos C+c\cos B$ 하나만 증명하면 나머지는 돌려서 같은 방법으로 증명되니 이 경우 한 가지만 증명해보자. 점 A에서 변 a 쪽..

삼각형의 넓이를 구하는 8가지 방법

삼각형은 평면 기하에서 매우 기본적인 도형이다. 그만큼 많은 정리들이 있기도 하다. 이 글에서는 이 삼각형의 넓이를 구하는 여러 방법과, 그 증명에 대해 알아본다. 1. 밑변과 높이를 알 때 $S=\frac{1}{2}ah$ 가장 일반적인 삼각형의 넓이 구하는 방법이다. 증명은 생략한다. 2. 두 변과 끼인 각을 알 때 $S=\frac{1}{2}ab \sin\theta$ 이때 높이는 $b\sin\theta$이기 때문에 삼각형의 넓이는 (1)의 방법에 따라 $\frac{1}{2}ab\sin\theta$이다. 3. 정삼각형의 한 변의 길이를 알 때 $S=\frac{\sqrt{3}}{4}a^2$ $\triangle ACH$가 $\angle AHC=90^{\circ}$, $\angle ACH=60^{\circ}$..