015 미정계수법: 항등식에서 미지의 계수 찾기 (계수비교법 vs 수치대입법) 🧐
안녕하세요, 수학 탐정 친구들! 👋 지난 시간에 우리는 문자에 어떤 값을 대입해도 항상 참이 되는 신기한 등식, 바로 ‘항등식’과 그 성질에 대해 배웠어요. 오늘은 이 항등식의 성질을 이용해서 식 속에 숨어있는, 아직 정해지지 않은 계수, 즉 미정계수를 찾아내는 방법에 대해 알아볼 거예요. 이 방법을 미정계수법이라고 하는데, 여기에는 크게 두 가지 기술이 있답니다! 바로 계수비교법과 수치대입법이에요. 함께 이 두 가지 기술을 마스터해 볼까요? 🕵️
📝 핵심만정리: 미정계수법, 두 가지 전략!
미정계수법이란, 항등식의 뜻이나 성질을 이용하여 등식에 포함된 아직 정해지지 않은 미지의 계수(미정계수)를 결정하는 방법을 말해요. 미정계수법에는 주로 다음 두 가지 방법이 사용된답니다.
- 계수비교법 (Method of Comparing Coefficients):
- 원리: 항등식은 양변의 동류항의 계수가 서로 같다는 성질을 이용해요.
- 방법: 주어진 등식의 양변을 특정 문자에 대해 정리한 후, 같은 차수의 항(동류항)의 계수끼리 비교하여 같다고 놓고 연립방정식을 풀어 미정계수를 구해요.
- 수치대입법 (Method of Numerical Substitution):
- 원리: 항등식은 문자에 어떤 값을 대입해도 항상 성립한다는 뜻을 이용해요.
- 방법: 미정계수의 개수만큼, 계산하기 편리한 적절한 수들을 문자에 대입하여 얻은 등식들을 연립하여 미정계수를 구해요.
어떤 방법을 사용할지는 주어진 식의 형태에 따라 더 편리한 쪽을 선택하면 된답니다!
🤔 미정계수법이란 무엇일까요?
개념정리 15-1: 아직 정해지지 않은 계수를 찾는 방법
미정계수(未定係數)라는 말 그대로 ‘아직 정해지지 않은 계수’를 의미해요. 예를 들어, “ax + 2 = 3x + b가 x에 대한 항등식일 때, 상수 a, b의 값을 구하시오.”와 같은 문제에서 a와 b가 바로 미정계수예요.
미정계수법은 이렇게 항등식이라는 조건이 주어졌을 때, 그 항등식의 성질을 이용해서 이 미정계수들을 찾아내는 모든 방법을 통칭하는 말이랍니다. 그중 대표적인 방법이 바로 ‘계수비교법’과 ‘수치대입법’인 것이죠.
⚖️ 계수비교법: 양쪽 저울의 균형을 맞추듯!
개념정리 15-2: 계수비교법의 원리와 적용
계수비교법은 항등식의 가장 기본적인 성질, 즉 “항등식은 양변의 동류항의 계수가 각각 서로 같다“는 원리를 이용하는 방법이에요.
[계수비교법 사용 단계]
- 주어진 등식의 양변을 특정 문자(예: x)에 대하여 내림차순으로 정리해요. (또는 다른 기준으로 보기 좋게 정리해요.)
- 양변에서 같은 차수의 항(동류항)을 찾아 그 계수들을 서로 같다고 놓아요.
- 이렇게 얻은 등식들을 연립하여 미정계수의 값을 구해요.
예시: 등식 2x + a = bx – 1이 x에 대한 항등식일 때, 상수 a, b의 값을 계수비교법으로 구해봅시다.
1. 양변은 이미 x에 대해 정리되어 있어요.
2. x항의 계수 비교: 좌변의 x의 계수는 2, 우변의 x의 계수는 b이므로, 2 = b
3. 상수항 비교: 좌변의 상수항은 a, 우변의 상수항은 -1이므로, a = -1
따라서 a = -1, b = 2 입니다.
계수비교법은 주로 양변을 전개하고 정리하기 쉬울 때 사용하면 편리해요.
🔢 수치대입법: 마법의 숫자를 대입하라!
개념정리 15-3: 수치대입법의 원리와 적용
수치대입법은 항등식의 정의, 즉 “항등식은 문자에 어떤 값을 대입해도 항상 성립한다“는 원리를 이용하는 방법이에요.
[수치대입법 사용 단계]
- 주어진 항등식의 문자에 적절한 수를 대입해요.
- 미정계수의 개수만큼 서로 다른 식을 얻어야 하므로, 그만큼의 서로 다른 수를 대입해야 해요.
- 이때, 식의 특정 부분이 0이 되거나 계산이 매우 간단해지는 수를 대입하는 것이 요령이에요! (예: (x-1)이라는 인수가 보이면 x=1을 대입)
- 수를 대입하여 얻은 등식들을 연립하여 미정계수의 값을 구해요.
예시: 등식 2x + a = bx – 1이 x에 대한 항등식일 때, 상수 a, b의 값을 수치대입법으로 구해봅시다.
1. 적절한 수를 대입해요. 미정계수가 a, b 두 개이므로, 서로 다른 두 개의 x값을 대입하여 두 개의 식을 만들 거예요.
- x = 0을 대입하면: 2(0) + a = b(0) – 1 ⇒ a = -1
- x = 1을 대입하면: 2(1) + a = b(1) – 1 ⇒ 2 + a = b – 1
2. 얻은 등식들을 연립해요.
첫 번째 식에서 a = -1을 얻었어요. 이것을 두 번째 식 2 + a = b – 1에 대입하면,
2 + (-1) = b – 1 ⇒ 1 = b – 1 ⇒ b = 2
따라서 a = -1, b = 2 입니다.
수치대입법은 식에 (x-1), (x+2) 등과 같이 특정 값을 대입했을 때 0이 되는 인수가 많을 경우 특히 유용해요.
어떤 문자를 기준으로? 💡
문제에서 “k의 값에 관계없이 항상 성립”이라고 하면 k에 대한 항등식으로 보고 k에 대해 정리해요. “x, y에 대한 항등식”이면 x와 y를 모두 문자로 보고, 그 외의 문자(예: a, b, c)들을 미정계수로 취급한답니다.
🧐 개념확인 문제: 미정계수를 찾아라!
이제 계수비교법과 수치대입법을 사용하여 미정계수를 구하는 연습을 해봅시다!
등식 a(x – 1) + b(x + 2) = 5x + 4가 x의 값에 관계없이 항상 성립할 때 (즉, x에 대한 항등식일 때), 상수 a, b의 값을 다음 두 가지 방법으로 각각 구하시오. (PDF 문제 변형)
1. 계수비교법으로 풀기:
풀이:
주어진 등식의 좌변을 x에 대하여 정리해요.
a(x – 1) + b(x + 2) = ax – a + bx + 2b = (a+b)x + (-a+2b)
따라서 주어진 등식은 (a+b)x + (-a+2b) = 5x + 4 입니다.
이 식이 x에 대한 항등식이므로 양변의 계수를 비교하면,
x의 계수: a+b = 5 ··· ①
상수항: -a+2b = 4 ··· ②
①과 ②를 연립하여 풀면:
① + ②: (a+b) + (-a+2b) = 5+4 ⇒ 3b = 9 ⇒ b = 3
b=3을 ①에 대입하면 a+3 = 5 ⇒ a = 2
따라서 a=2, b=3 입니다.
2. 수치대입법으로 풀기:
풀이:
주어진 등식 a(x – 1) + b(x + 2) = 5x + 4는 x에 대한 항등식이므로 어떤 x값을 대입해도 성립해요.
괄호 안이 0이 되는 값을 대입하면 계산이 편리해요.
- x = 1을 대입하면 (x-1=0이 되도록): a(1 – 1) + b(1 + 2) = 5(1) + 4 a(0) + b(3) = 5 + 4 3b = 9 ⇒ b = 3
- x = -2를 대입하면 (x+2=0이 되도록): a(-2 – 1) + b(-2 + 2) = 5(-2) + 4 a(-3) + b(0) = -10 + 4 -3a = -6 ⇒ a = 2
따라서 a=2, b=3 입니다.
어떤 방법을 사용하든 같은 결과를 얻을 수 있죠? 문제의 형태에 따라 더 편리한 방법을 선택하는 센스를 길러보세요! 😉
오늘은 항등식의 성질을 이용하여 아직 정해지지 않은 계수, 즉 미정계수를 구하는 두 가지 방법인 계수비교법과 수치대입법에 대해 배웠습니다. 계수비교법은 양변을 정리하여 동류항의 계수를 비교하는 방법이고, 수치대입법은 적절한 수를 대입하여 식을 간단히 만들어 푸는 방법이었죠? 이 두 가지 방법은 앞으로 다양한 수학 문제를 해결하는 데 유용하게 사용될 테니 꼭 익혀두세요! 오늘도 정말 수고 많았습니다! 다음 시간에는 또 다른 중요한 개념인 ‘나머지정리’에 대해 알아볼게요. 기대해주세요! 👍