📌 핵심 공식 — 같은 직선 위 두 점 사이의 거리
직선 y = mx + n 위의 두 점 P(x₁, y₁), Q(x₂, y₂)에서는 y₂ − y₁ = m(x₂ − x₁) 이므로, 거리 공식이 한 단계 짧아집니다.
PQ = √(1 + m²) · |x₂ − x₁|
즉 두 점의 x좌표 차이만 알면 거리를 구할 수 있습니다. 기울기 m이 거리를 늘려 주는 배율(√(1+m²)) 역할을 합니다.
⚡ 이차함수와 직선의 두 교점일 때는 x좌표가 이차방정식의 두 근이므로, x₁·x₂를 직접 구하지 않고 근과 계수의 관계로 처리합니다.
|x₂ − x₁| = √{(x₁ + x₂)² − 4 x₁ x₂}
기울기 m 확인 → x좌표 차이 |x₂ − x₁| 구하기 → √(1+m²)을 곱하기의 흐름을 손에 익혀 보세요. x좌표만 차분히 다루면 √ 안의 계산이 훨씬 가벼워집니다.
기본형 — 두 점의 x좌표로 거리 구하기
기본 1. 직선 y = 2x + 1 위의 두 점 중 x좌표가 각각 1, 4인 점을 P, Q라 할 때, 선분 PQ의 길이를 구하여라.
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PQ = √(1 + 2²) · 3 = √5 · 3 = 3√5
※ 검산: P(1, 3), Q(4, 9) → PQ² = 3² + 6² = 9 + 36 = 45 → PQ = √45 = 3√5 ✓
기본 2. 직선 y = −x + 3 위의 두 점 중 x좌표가 각각 −2, 2인 점을 P, Q라 할 때, 선분 PQ의 길이를 구하여라.
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PQ = √(1 + (−1)²) · 4 = √2 · 4 = 4√2
※ m이 음수여도 √(1+m²)에서는 제곱되므로 부호 영향 없음.
기본 3. 직선 y = ½x + 1 위의 두 점 중 x좌표가 각각 0, 4인 점을 P, Q라 할 때, 선분 PQ의 길이를 구하여라.
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PQ = √(1 + (½)²) · 4 = √(5/4) · 4 = (√5 / 2) · 4 = 2√5
※ 분수 기울기는 √(1+m²)을 √(5/4)=√5/2 로 정리한 뒤 곱하면 깔끔합니다.
응용형 — 이차함수·직선 교점에서 현의 길이 구하기
응용 1. 이차함수 y = x² 의 그래프와 직선 y = x + 2 가 만나는 두 점을 A, B라 할 때, 선분 AB의 길이를 구하여라.
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x² − x − 2 = 0 … 이 방정식의 두 근이 A, B의 x좌표 x₁, x₂
② 근과 계수의 관계 — x₁ + x₂ = 1, x₁ x₂ = −2
|x₂ − x₁| = √{(x₁ + x₂)² − 4 x₁ x₂} = √{1² − 4·(−2)} = √(1 + 8) = √9 = 3
③ 거리 — 직선의 기울기 m = 1 이므로
AB = √(1 + 1²) · 3 = √2 · 3 = 3√2
응용 2. 이차함수 y = ax² (a > 0)의 그래프와 직선 y = ½x + 1 이 만나는 두 점을 P, Q라 하자. 선분 PQ의 중점 M에서 y축에 내린 수선의 발을 H라 할 때 MH = 1 이다. 이때 선분 PQ의 길이를 구하여라.
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근과 계수의 관계: x₁ + x₂ = (½)/a = 1/(2a), x₁ x₂ = −1/a
② MH = 1 로 a 결정 — 중점 M의 x좌표는 (x₁ + x₂)/2 = 1/(4a).
H는 M에서 y축에 내린 수선의 발이므로 MH = (M의 x좌표) = 1/(4a).
1/(4a) = 1 → a = ¼
③ x좌표 차이 — a = ¼ 을 대입하면 ¼x² − ½x − 1 = 0, 양변에 4를 곱해
x² − 2x − 4 = 0 → x₁ + x₂ = 2, x₁ x₂ = −4
|x₂ − x₁| = √{2² − 4·(−4)} = √(4 + 16) = √20 = 2√5
④ 거리 — 직선의 기울기 m = ½ 이므로
PQ = √(1 + (½)²) · 2√5 = √(5/4) · 2√5 = (√5 / 2) · 2√5 = 5
⚠ 자주 나오는 실수
- 배율 √(1+m²)을 빠뜨리기 — PQ = |x₂ − x₁| 로만 답하면 안 됩니다. 두 점이 직선 위에 있어도 y좌표 차이가 있으므로 반드시 √(1+m²)을 곱하세요.
- m² 대신 m을 그대로 넣기 — √(1 + m²)이지 √(1 + m)이 아닙니다. m이 음수여도 제곱되어 부호가 사라집니다.
- x좌표를 구하려 무리하게 근 계산 — 이차함수 교점에서는 x₁, x₂를 각각 구하지 말고 (x₁+x₂)² − 4x₁x₂ 로 차이의 제곱부터 잡으세요.
- 수선의 발 H의 거리 해석 오류 — y축에 내린 수선의 발까지의 거리 MH는 점 M의 x좌표의 절댓값입니다. (x축에 내리면 y좌표)
📘 이 계산의 원리가 궁금하다면 — 관련 개념정리
왜 이렇게 푸는지, 근과 계수의 관계·내분점·거리 공식이 어떻게 이어지는지는 아래 개념정리에서 확인하세요.