수학하는 아저씨

오늘은 적분의 정의를 이용해 극좌표계나 구면좌표계로 치환적분을 할 때 나타나는 식이 왜 그런 형태인지 생각해 볼까 해요.함수의 적분을 처음 배울 때 $x$축과 함수의 그래프 사이의 넓이를 구하기 위해 적분 구간을 잘게 나눠 직사각형의 넓이로 근사해 구하는 식을 배우게 되죠.\[\int_a^bf(x)\red{dx}=\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^nf\p{a+k\frac{b-a}n}\red{b-a\over n}.\]위 식에서 빨강으로 표시된 부분이 잘게 나눈 구간의 너비로 직사각형의 가로라고 생각하면 세로에 해당하는 함숫값을 곱해 넓이가 되는 거죠.사실 이 정도는 적분을 배운 사람이라면 누구나 본 적이 있는 내용일 거예요. 하지만 이 내용이 꼭 직사각형으로만 계산해야 하는 것은 아니에요...

오랜만에 desmos 실습이네요. 이번엔 삼각형의 오심인 무게중심, 내심, 외심, 수심, 방심을 작도해 볼게요.비교적 쉬운 내용이니 각 단계를 자세히 설명하면서 desmos의 기하학 도구를 사용하는 법을 설명할까 해요.먼저 기하학 도구에 들어가서 삼각형을 그려줘야겠죠.https://www.desmos.com/geometry/0ifmo7rbni Desmos | 기하학 www.desmos.com평면 위에 아무 점이나 찍어 다각형 도구를 이용해 삼각형을 그려줬어요. 별다를 것 없는 삼각형이죠. 각 꼭짓점은 이동할 수 있으니 원하는 모양의 삼각형으로 조정도 가능해요. 따라 하실 분은 링크로 들어가서 삼각형을 그대로 쓰셔도 되고, 직접 그리셔도 상관없겠죠.먼저 무게중심 centroid은 세 중선의 교점이니 각 꼭..

삼차방정식의 근의 공식을 외우고 있는 분은 별로 없겠죠. 일단 식이 너무 복잡하니까요. 그래도 관심이 있는 분이라면 한 번쯤은 본 적이 있겠죠. 오늘은 이 삼차방정식의 근의 공식을 삼각함수를 이용해 조금 간단하게 나타내 보려고 해요.$x^3+ax^2+bx+c=0$이라는 인수분해 불가능한 유리계수 삼차방정식을 생각해 볼게요. 삼차항의 계수는 0이 아닐 테니 나눠줬다고 생각하면 되죠. 먼저 식을 간단히 하기 위해 최고차항을 제외한 나머지 중 하나를 0으로 만들 방법을 생각해 볼게요.근과 계수와의 관계를 생각하면 세 근의 합이 $-a$, 곱이 $-c$라는 걸 알 수 있죠. 인수분해가 불가능하니 $c\ne0$이에요. 0이라면 $x$를 인수로 가지죠.삼차함수 $f(x)=x^3+ax^2+bx+c$의 그래프는 $x$..

쌍곡선 hyperbola의 방정식 $x^2-y^2=1$을 매개변수 방정식으로 나타내면 어떻게 될까요? 원의 방정식 $x^2+y^2=1$은 보통 $x=\cos t$와 $y=\sin t$로 매개변수 방정식을 표현하죠. 그래서 삼각함수 trigonometric function를 원함수 circular function라고도 해요.쌍곡선의 매개변수 방정식은 $\p{t+\frac1t}^2-\p{t-\frac1t}^2=4$를 이용해 정의할 수 있어요. $x={t+\frac1t\over2},\quad y={t-\frac1t\over2}$라 하면 쌍곡선의 방정식을 만족하죠. 하지만 이 함수들은 삼각함수와 달리 미분하면 특징이 사라져요. 그래서 미분을 해도, 역수를 취해도 특징이 대부분 유지되는 지수함수를 가져와서 다시 ..

2의 거듭제곱이 아닌 자연수를 둘 이상의 연속하는 자연수의 합으로 나타내기 위한 일반적인 방법을 찾고 설명하시오.중학교 2학년인 학생분이 올린 질문이에요. 발상이 어렵지는 않지만, 풀이의 설명이 이해하기 힘들었던 것 같아요.2의 거듭제곱은 음이 아닌 정수 $k$에 대해 $2^k$를 말하죠. 1, 2, 4, 8 등의 수예요.어떤 자연수가 2의 거듭제곱이 아니기 위해서는 그 소인수분해에 2가 아닌 소인수, 즉, 홀수인 소인수가 있어야 하죠. 소인수분해에서 2의 거듭제곱인 부분을 제외한 나머지는 홀수의 곱 만으로 나타나니 홀수가 되고, 3 이상의 자연수들의 곱이니 자연수 $m$에 대해 $2m+1$로 쓸 수 있어요.즉, 2의 거듭제곱이 아닌 자연수는 $2^k(2m+1)$로 나타낼 수 있죠. 이 수를 어떤 자연수..

수학에 흥미가 있으신 분은 제목에 있는 식을 본 적이 있을 거예요. 흔히 오일러 공식 Euler's formula이라고 하지만, 정확히는 그중에서도 각이 $\pi$인 특수한 경우죠. 정확한 공식은\[e^{i\th}=\cos\th+i\sin\th\]예요. 이 공식을 제대로 이해하기 위해서는 테일러 정리 Taylor's theorem 등의 대학교 과정의 지식이 필요하죠. 적어도 미분에 대해 전혀 지식이 없다면 이해하기 힘든 내용이에요.하지만 $e$나 $\pi$라는 무리수와 $i$라는 허수로 만든 수에 1을 더하니 0이라는 사실은 굉장히 신기하고 재밌죠. 원래의 공식을 살펴보더라도 양변을 $\th$로 미분했을 때 어떤지 살펴보면 상당히 재밌어요.\[{d\over d\th}e^{i\th}=ie^{i\th},\q..

$a(1) $\p{2+\frac12,2+\frac13,2+\frac14,\ldots}$,(2) $\p{\sqrt2+\frac12,\sqrt2+\frac13,\sqrt2+\frac14,\ldots}$.$\cal S$가 생성하는 위상은 $\cal S$를 부분기저 subbase로 가지는 가장 작은 위상이죠. 기저 base는 그 원소들의 합집합으로 모든 개집합을 만들 수 있는 집합족이고, 부분기저는 그 원소들의 유한교집합으로 기저를 구성할 수 있는 집합족이에요.$\cal S$의 원소를 유한합집합해서 만들 수 있는 집합은 $\emp$과 전체 공간인 $\R$, 유리수의 단집합, 그리고 $\cal S$의 원소예요. $\R$을 교집합으로 만들 수 있다는 것에 아직 익숙하지 않은 분을 위해 설명하자면, 전체 공간은 교집..

대부분의 중/고등학생들은 수학 공부를 혼자 하는 경우가 많은 것 같아요. 그렇다면 혼자 하는 것이 누군가와 함께 하는 것보다 더 좋을까요? 저는 아니라고 생각해요.쉬운 내용이라면 혼자 연습하고 문제를 풀어도 상관없겠지만, 어려운 문제일수록 다른 사람의 풀이를 참고하는 것이 도움이 되죠. 물론 풀이를 자세히 적는 사람이 드물기에 서로 설명하고 듣는 형태가 많을 거예요. 저는 풀이를 자세히 적는 것에 익숙해지는 쪽을 추천하지만요.어려운 내용일수록 사람들이 접근하는 방식이 다양하죠. 수학도 마찬가지예요. 잘 이해가 되지 않던 내용도 새로운 시각을 가지면 이해가 되는 일이 많죠.이런 이야기를 들으면 더 잘하는 사람이 손해를 보는 게 아닌가 하는 생각이 들기도 할 거예요. 그런데 제 경험으로는, 잘하는 쪽이 이득..

중학교에서 피타고라스 정리를 배우고 나면 여러 가지 직각삼각형을 문제에서 접하게 되죠.흔히 '특수각'이라고 하는 30˚, 45˚, 60˚를 이용해서 만들 수 있는 두 직각삼각형을 제외하면 세 변의 길이 비가 3:4:5, 5:12:13, 8:15:17인 경우가 자주 나와요. 물론 직각삼각형이니 피타고라스 정리를 만족하죠.이런 세 자연수는 어떻게 찾을 수 있을까요?피타고라스 정리를 만족하는 세 자연수를 피타고라스 수(삼조) Pythgorean triple라고 해요. 셋 중 둘을 알면 나머지 하나는 피타고라스 정리로 찾을 수 있겠죠. 가장 큰 하나는 빗변에 해당하니 나머지 둘의 제곱합이 자연수의 제곱이 되는지 보면 되겠네요.고등학교에서 삼각함수를 정의할 때처럼, 빗변이 아닌 한 변을 $x$좌표, 나머지 하나를..

지난번에 이어 오늘은 본격적으로 정다면체의 좌표를 계산해 볼게요.다섯 개의 정다면체가 함께 있을 때 비슷한 크기로 보이려면 중간반지름이라고 부르기로 한 midradius를 같게 해주는 게 좋겠죠. 간단하게 1이라고 할게요.먼저 정육면체와 정팔면체를 생각해 보면, 이 도형들만 중간반지름보다 외접반지름이나 내접반지름으로 만드는 게 더 편하죠. 하지만 위의 크기를 비슷하게 하는 목적도 있으니 중간반지름으로 계산할게요.원점을 중심으로 하는 정육면체는 내접반지름이 $r$일 때, 각 꼭짓점의 좌표를\[\p{d_1r,d_2r,d_3r},\quad d_1,d_2,d_3\in\{-1,1\}\]로 줄 수 있죠. 각 모서리는 한 좌표의 부호만 다른 두 꼭짓점을 잇는 선분이 되겠네요. 두 꼭짓점 $(r,r,r)$와 $(r,r..