285 삼각방정식 풀이 (1): 기본꼴과 그래프 활용!

285 삼각방정식 풀이 (1): 기본꼴과 그래프 활용!

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):
    1. 주어진 x의 범위(정의역)를 확인해요. (보통 0 ≤ x < 2π)
    2. 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.
    3. 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!)

단위 원에서 sin x, cos x, tan x의 의미
(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 = k교점의 x좌표와 같아요. 마찬가지로 cos x = ky = cos xy = k의 교점, tan x = ky = tan xy = k의 교점을 찾으면 된답니다. 이때도 주어진 x의 범위 내에서 교점을 찾아야 해요!

y = sin x 그래프와 직선 y = k의 교점
(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/6x = 5π/6이 됩니다.

y = sin x 와 y = 1/2 의 교점
x = π/6, 5π/6

따라서 해는 x = π/6 또는 x = 5π/6 입니다.

연산 PDF 링크 삽입 위치


✅ 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.

y = cos x 와 y = -√3/2 의 교점
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. 😄

y = tan x 와 y = -1 의 교점
x = 3π/4, 7π/4

연산 PDF 링크 삽입 위치


💡 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? 😉


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