285 삼각방정식 풀이 (1) 🔑: 기본꼴과 그래프 활용!
⭐ 핵심만정리
각의 크기에 미지수 x가 숨어있는 삼각방정식, 어떻게 풀까요? 가장 기본적인 형태부터 알아봐요! 🎯
- 삼각방정식이란? sin x = 1/2, cos x = -√3/2, tan x = 1처럼 각의 크기를 나타내는 미지수를 포함하는 삼각함수의 방정식을 말해요.
- 기본적인 삼각방정식 풀이 (sin x = k, cos x = k, tan x = k 꼴):
- 주어진 x의 범위(정의역)를 확인해요. (보통 0 ≤ x < 2π)
- 단위 원 또는 삼각함수의 그래프를 이용하여 주어진 방정식의 해를 찾아요.
- 단위 원 이용: sin x = y좌표, cos x = x좌표, tan x = 기울기임을 이용하여 동경의 위치를 찾아요.
- 그래프 이용: y = sin x (또는 cos x, tan x) 그래프와 직선 y = k의 교점의 x좌표를 찾아요.
- 구한 해가 주어진 x의 범위에 포함되는지 확인해요.
특수각의 삼각비 값을 잘 알고 있으면 해를 찾는 데 큰 도움이 된답니다! 😉
📚 개념정리
안녕, 방정식 탐험가 친구들! 🧭 오늘은 삼각함수의 각의 크기를 나타내는 부분에 미지수 x가 숨어있는 특별한 방정식, 바로 ‘삼각방정식’을 푸는 방법에 대해 알아볼 거예요. 삼각함수의 그래프나 단위 원을 이용하면 이 미스터리한 방정식을 해결할 수 있답니다! 😊
삼각방정식이란 무엇일까요? 🤔
삼각방정식은 말 그대로 각의 크기를 나타내는 미지수를 포함하는 삼각함수의 방정식을 말해요. 예를 들면 다음과 같은 식들이 삼각방정식이랍니다.
- sin x = 1/2
- cos(2x) = -1
- tan(x – π/4) = √3
이런 삼각방정식을 푸는 것은, 주어진 등식을 만족시키는 미지수 x (보통 각의 크기)의 값을 찾는 것을 의미해요.
기본적인 삼각방정식 풀이 전략: sin x = k, cos x = k, tan x = k 꼴 💡
가장 기본적인 형태의 삼각방정식은 sin x = k, cos x = k, tan x = k 와 같아요. (여기서 k는 상수)
이런 기본적인 삼각방정식은 다음 두 가지 방법을 이용하여 풀 수 있어요.
1. 단위 원을 이용하는 방법 ⭕
단위 원(반지름이 1인 원)에서 동경이 나타내는 각 x에 대하여,
- sin x는 동경과 단위 원의 교점의 y좌표
- cos x는 동경과 단위 원의 교점의 x좌표
- tan x는 동경의 기울기 (y/x)
라는 것을 이용해요. 예를 들어 sin x = k를 풀려면, 단위 원에서 y좌표가 k가 되는 점을 찾고, 그 점에 해당하는 동경의 각 x를 구하면 된답니다. (주어진 x의 범위 내에서 찾아야 해요!)
(동경과 교점 P(cos x, sin x) 표시,
tan x는 기울기)
2. 삼각함수의 그래프를 이용하는 방법 📈
sin x = k라는 방정식의 해는 함수 y = sin x의 그래프와 직선 y = k의 교점의 x좌표와 같아요. 마찬가지로 cos x = k는 y = cos x와 y = k의 교점, tan x = k는 y = tan x와 y = k의 교점을 찾으면 된답니다. 이때도 주어진 x의 범위 내에서 교점을 찾아야 해요!
(교점의 x좌표가 해)
✨ 예시: sin x = 1/2 풀기 (0 ≤ x < 2π)
단위 원 이용: 단위 원에서 y좌표가 1/2이 되는 점을 찾으면, 제1사분면과 제2사분면에 각각 하나씩 있어요. 이때의 각은 π/6 (30°)와 5π/6 (150°)입니다.
그래프 이용: y = sin x 그래프와 직선 y = 1/2의 교점을 찾으면, 0 ≤ x < 2π 범위에서 x = π/6과 x = 5π/6이 됩니다.
x = π/6, 5π/6
따라서 해는 x = π/6 또는 x = 5π/6 입니다.
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✅ 개념확인
✏️ 문제: 0 ≤ x < 2π일 때, 다음 삼각방정식을 푸시오.
(1) cos x = -√3/2
(2) tan x = -1
(숫자 변경: 원본은 (1) cos x = -1/2 (2) tan x = -√3)💡 풀이:
(1) cos x = -√3/2
단위 원에서 x좌표가 -√3/2이 되는 동경을 찾거나, y = cos x 그래프와 직선 y = -√3/2의 교점을 찾아요.
코사인 값이 √3/2이 되는 예각은 π/6 (30°)예요. 코사인 값이 음수인 사분면은 제2사분면과 제3사분면이죠.
- 제2사분면의 각: π – π/6 = 5π/6
- 제3사분면의 각: π + π/6 = 7π/6
따라서 해는 x = 5π/6 또는 x = 7π/6 입니다.
x = 5π/6, 7π/6
(2) tan x = -1
단위 원에서 기울기가 -1이 되는 동경을 찾거나, y = tan x 그래프와 직선 y = -1의 교점을 찾아요.
탄젠트 값이 1이 되는 예각은 π/4 (45°)예요. 탄젠트 값이 음수인 사분면은 제2사분면과 제4사분면이죠.
- 제2사분면의 각: π – π/4 = 3π/4
- 제4사분면의 각: 2π – π/4 = 7π/4 (또는 -π/4와 같은 동경)
따라서 해는 x = 3π/4 또는 x = 7π/4 입니다. 😄
x = 3π/4, 7π/4
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💡 참고
삼각방정식을 풀 때, 해가 하나만 있는 것이 아니라 여러 개가 나올 수 있다는 점을 기억해야 해요! 🧐 특히 x의 범위가 주어지지 않으면 해는 무수히 많을 수 있어요. 그래서 보통 문제에서는 0 ≤ x < 2π와 같이 x의 범위를 제한해 준답니다.
만약 일반해를 구하라고 한다면, 삼각함수의 주기성을 이용해서 표현해야 해요.
- sin x = k의 한 해를 α라고 하면, 일반해는 x = nπ + (-1)nα (n은 정수)
- cos x = k의 한 해를 α라고 하면, 일반해는 x = 2nπ ± α (n은 정수)
- tan x = k의 한 해를 α라고 하면, 일반해는 x = nπ + α (n은 정수)
하지만 고등학교 과정에서는 주로 주어진 범위 내의 특수해를 구하는 문제가 많이 나오니, 단위 원이나 그래프를 이용해서 특정 범위의 해를 찾는 연습을 많이 하는 것이 중요해요! 특수각의 삼각비 값도 잘 외워두면 훨씬 빠르게 해를 찾을 수 있겠죠? 😉