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변환 및 벡터

IGCSE 수학 · 주제 7

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7:56

변환 및 벡터

이 벽을 보세요. 복잡해 보입니다—수백 가지 모양들이 서로 맞물려 있습니다. 하지만 모든 조각을 그리는 사람은 없습니다. 누군가는 작은 형태 하나를 그리고 다시 움직였습니다…

영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in

이 학습지는 Topic 7, 변환과 벡터를 다룹니다. (Extended) 로 표시된 부분은 Extended 시험에서만 출제되며, 나머지는 두 수준 모두에 해당합니다. 벡터 전체 주제는 Extended입니다.

7.1

변환

Syllabus
과목 내용 참고 사항 및 예시
다음 변환을 식별하고, 설명하며, 그립니다: 질문은 변환들의 조합을 포함하지 않습니다. 모든 직선 가장자리는 자(ruler)를 사용해야 합니다.
1 수직 또는 수평 선에 대한 도형의 대칭(반사).
2 도형의 중심, 꼭짓점 또는 모서리 중점을 기준으로, 90°의 배수만큼 회전합니다.
3 도형을 중심에서 확대(scale factor)합니다. 양수 및 분수 확대율만 허용됩니다.
4 벡터 $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$에 의해 도형을 평행이동합니다.
변환 노트 및 예제
다음 변환을 인식, 설명 그리고 그리기: 질문은 변환의 조합을 포함할 수 있다. 모든 직선 가장자리는 자를 사용해야 한다.
1 직선에 대한 도형의 대칭(반사).
2 중심을 기준으로 90°의 배수만큼 도형을 회전하기.
3 중심을 기준으로 확대비로 도형을 확대하기. 양수, 분수 및 음수 확대비가 사용될 수 있다.
4 벡터 $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$에 의해 도형을 평행이동합니다.

출처: Cambridge International syllabus

이동, 반사, 회전, 확대
이슬람 기하 무늬 타일 패턴
기하학적 타일은 도형을 반사하고, 회전하며, 이동시켜 구성됩니다.

변환은 도형의 위치나 크기를 바꿉니다. 원본은 *물체(object)*이고 결과물은 *이미지(image)*입니다. 네 가지 유형이 있습니다. 하나를 설명하라고 할 때는 유형을 명시하고 아래에 있는 모든 세부 사항을 제시해야 합니다.

반사

반사는 거울선을 기준으로 도형을 뒤집는 것입니다. 각 이미지의 점은 물체의 점과 같은 거리에位於하며, 선의 반대편에 있습니다.

  • 대칭축의 식을 제시하여 설명하십시오 (코어 과정은 수직 또는 수평선; 확장 과정은 $y = x$과 같은 임의의 선 허용).

해설 예제. 점 $(3, 2)$를 $y$축에 대해 반사합니다. $x$의 부호만 바뀝니다: 이미지는 $(-3, 2)$입니다. ($x$축에 대해서는 $(3, -2)$가 됩니다.))

y축 양측에 있는 삼각형과 그鏡像, 선에서 같은 거리인 점과 이미지
반사는 도형을 반사축(여기서는 $y$축)을 따라 뒤집습니다. 각 점과 이미지는 선에서 동일한 거리에 있습니다.

회전

회전은 도형을 고정된 점인 회전 중심을 기준으로 $90^{\circ}$의 배수만큼 돌립니다.

  • 이를 설명하려면 중심, 각도, 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)을 제시합니다.

해설 예제. 원점을 중심으로 $(3, 1)$를 $90^{\circ}$만큼 반시계 방향으로 회전합니다. 규칙은 $(x, y) \to (-y, x)$이므로, 이미지는 $(-1, 3)$입니다.

원점을 중심으로 90도 반시계 회전한 삼각형, 곡선 화살표로 회전 및 중심 표시
회전은 도형을 고정된 중심(여기서는 원점)을 중심으로 돌립니다 — 반시계 방향으로 $90^\circ$.

확대

확대는 고정된 중심으로부터 비율 인자 $k$에 의해 크기를 변경합니다. 중심에서의 각 거리는 $k$배가 됩니다.

  • 이를 설명하려면 중심과 비율 인자를 제시합니다. 분수 비율 인자(0과 1 사이)는 도형을 작게 만듭니다. 에క్스텐디드에서는 $k$가 음수일 수도 있으며(이미지가 중심의 반대쪽에 나타납니다).

해당 문제. 원점에서 $(1, 2)$을 확대 배율 $2$로 확대하십시오. 좌표를 모두 곱하면: 이미지는 $(2, 4)$입니다.

작은 삼각형과 두 배 크기의 이미지, 그리고 확대 중심에서 대응하는 꼭짓점을 지나는 광선들 *확대는 중심에서의 모든 거리를 비율 인자(여기서 $2$)배로 합니다.

평이동

평이동은 회전이 없이 행렬 벡터 $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$로 도형을 이동합니다($x$ 오른쪽, $y$ 위쪽).

해설 예시. $(5, 3)$을 $\begin{pmatrix} -2 \\ 4 \end{pmatrix}$만큼 평행이동하십시오: $2$만큼 왼쪽으로 이동하고 $4$만큼 위쪽으로 이동하여 $(3, 7)$를 얻으십시오.

삼각형과 평이동된 이미지, 행렬 벡터를 나타내는 세 개의 동일한 평행 화살표로 연결됨 *평이동은 모든 점을 동일한 행렬 벡터로 이동시키며, 회전이 없습니다.

(에ಕ್스텐디드: 두 변형을 결합하고 동일한 효과를 내는 단일 변형을 묻는 문제가 나올 수 있습니다.)

탐색하기

도형 변환

도형을 평행이동, 반사, 회전 또는 확대하여 어디에 위치하는지 확인하세요.

English 한국어
transformation/trænsfɔːˈmeɪʃn/ 변환(Transformations)
reflection/rɪˈflekʃn/ 반사각
mirror line/ˈmɪrə laɪn/ 대칭축
rotation/rəʊˈteɪʃn/ 회전
centre/ˈsentə/ 무게 중심
enlargement/enˈlɑːdʒmənt/ 확대
scale factor/skeɪl ˈfæktə/ 스케일링 인자
translation/trænˈsleɪʃn/ 번역
7.2

2차원 벡터 (Extended)

Syllabus
2차원 벡터 노트 및 예제
1 터 $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$, $\overrightarrow{AB}$ 또는 $\mathbf{a}$로 나타낸 이동을 서술한다. 벡터는 $\overrightarrow{AB}$ 또는 $\mathbf{a}$ 형태로 인쇄된다.
2 벡터의 덧셈과 뺄셈.
3 스칼라에 의해 벡터를 곱하기.

출처: Cambridge International syllabus

전 sails를 펼친 항해선
바람과 같은 힘은 크기 및 방향을 가진 벡터입니다.

벡터는 크기와 방향을 모두 가집니다. 수직 벡터(column vector)로 ⟨$\overrightarrow{AB}$⟩ ($A$에서 $B$까지)라 쓰거나, 굵은 글씨로 $\mathbf{a}$라 표기할 수 있습니다.

  • 더하거나 빼기: 수와 아랫수를 separately 계산합니다.
  • 스칼라(일반적인 숫자)에 곱하기: 두 수를 모두 곱합니다.

해설 예제. $\mathbf{a} = \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \end{pmatrix}$이고 $\mathbf{b} = \begin{pmatrix} 2 \\ -4 \end{pmatrix}$이라면,

$$\mathbf{a} + \mathbf{b} = \begin{pmatrix} 5 \\ -3 \end{pmatrix}, \qquad 3\mathbf{a} = \begin{pmatrix} 9 \\ 3 \end{pmatrix}.$$
두 벡터 a와 b가 끝머리-시작머리로 그려짐, 합성 벡터 a+b가 a의 시작부터 b의 끝까지 이어짐
삼각형 법칙에 의한 덧셈: $\mathbf{b}$를 $\mathbf{a}$의 끝머리에서 그리면, $\mathbf{a}+\mathbf{b}$이 시작부터 끝까지 이어집니다.
탐색하기

벡터 더하기

두 벡터를 드래그하여 끝머리-초점으로 연결해 합성 벡터를 구하세요.

English 한국어
vector/ˈvektə/ 벡터
column vector/ˈkɒlʌm ˈvektə/ 열 벡터
scalar/ˈskeɪlə/ 스칼라
7.3

벡터의 크기 (Extended)

Syllabus
벡터의 크기 노트 및 예제
벡터 $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$의 크기를 $\sqrt{x^2 + y^2}$로 계산하기. 벡터의 크기는 막대표기법(modulus sign)으로 표시되며, 예를 들어 • $|\mathbf{a}|$은 $\mathbf{a}$의 크기임 • $|\overrightarrow{AB}|$은 $\overrightarrow{AB}$의 크기임.

출처: Cambridge International syllabus

벡터의 크기(길이)는 피타고라스 정리에 의해 구합니다. $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$에 대해,

$$\left| \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} \right| = \sqrt{x^{2} + y^{2}}.$$

해설 예제. $\begin{pmatrix} 3 \\ 4 \end{pmatrix}$의 크기는 $\sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{25} = 5$입니다.

원점에서 시작된 벡터, 수평 부분 3과 수직 부분 4가 이루는 직각삼각형의 빗변 길이가 5 *$\begin{pmatrix}3\\4\end{pmatrix}$의 크기는 수평 및 수직 분포에 대한 피타고라스 정리로부터 구합니다.

English 한국어
magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ 크기
directed line segment/daɪˈrektɪd laɪn ˈseɡmənt/ 유향 선분
position vector/pəˈzɪʃn ˈvektə/ 위치 벡터
parallel/ˈpærəlel/ 평행
7.4

벡터 기하학 (Extended)

Syllabus
벡터 기하학 노트 및 예제
1 방향有线분(directed line segments)으로 벡터를 표현하기.
2 위치 벡터를 사용하기.
3 두 개 이상의 벡터의 합과 차를 사용하여 주어진 터를 두 개의 공평면 벡터의 식으로 표현한다.
4 벡터를 사용하여 추론하고 기하학적 문제를 해결하기. 예시: • 벡터가 평행임을 보이기 • 3점이 일직線上上有 있음을 보이기 • 비율과 비례를 포함하는 벡터 문제 풀기.

출처: Cambridge International syllabus

벡터는 유방향 선분(화살표)으로 그려질 수 있습니다. 한 점의 위치 벡터는 원점 $O$에서 해당 점까지의 벡터입니다.

핵심 개념: $A$에서 $B$까지의 벡터는

$$\overrightarrow{AB} = \mathbf{b} - \mathbf{a},$$

여기서 $\mathbf{a}$와 $\mathbf{b}$는 $A$과 $B$의 위치 벡터입니다.

O에서 A까지의 위치 벡터 a와 O에서 B까지의 위치 벡터 b, A에서 B까지의 벡터는 b minus a로 표시됨
$A$에서 $B$로 가기 위해, $\mathbf{a}$을 따라 $O$로 되돌아간 후, $\mathbf{b}$을 따라 앞으로 이동하므로: $\overrightarrow{AB} = \mathbf{b} - \mathbf{a}$.

두 벡터가 평행인 것은其中一个가 다른 하나의 스칼라 배수인 경우입니다(예: $\overrightarrow{AB} = 2\,\overrightarrow{CD}$). 세 점이 일직선 상(collinear)인 것은它們 사이의 벡터가 평행하며 공통점을 공유하는 경우입니다. 임의의 벡터를 두 공면 벡터로 표현할 수 있습니다.

해설 예제. $O$는 원점이며, $\overrightarrow{OA} = \mathbf{a}$과 $\overrightarrow{OB} = \mathbf{b}$이 있습니다. $M$는 $AB$의 중점입니다. $\overrightarrow{OM}$를 $\mathbf{a}$과 $\mathbf{b}$의 식으로 구하세요.

$$\overrightarrow{OM} = \mathbf{a} + \tfrac{1}{2}\overrightarrow{AB} = \mathbf{a} + \tfrac{1}{2}(\mathbf{b} - \mathbf{a}) = \tfrac{1}{2}(\mathbf{a} + \mathbf{b}).$$
탐색하기

벡터 기하학(vector geometry)

합력 = a + b

벡터를 결합하여 한 점에 도달합니다 — 합성 벡터(resultant) 는 직접 경로입니다.

English 한국어
collinear/ˈkɒlɪnɪə/ 일직선상의 점
coplanar/ˌkəʊˈpleɪnə/ 동면인
7.4

시험 팁

  • 각 변형을 완전히 설명하십시오: 평이동(벡터), 반사(반사축), 회전(중심, 각도 및 방향), 확대(중심과 비율 인자).
  • 음수 비율 인자는 이미지를 중심을 통해 뒤집으며, 분수 비율 인자(0과 1 사이)는 작게 만듭니다.
  • 벡터를 끝머리-시작머리로 더합니다 — 윗수를 더한 후, 아랫수를 더합니다. 벡터의 크기는 성분에 대한 피타고라스 정리에서 나옵니다.
  • $\overrightarrow{AB} = \mathbf{b} - \mathbf{a}$(끝 - 시작). 두 벡터가 평행인 것은其中一个가 다른 하나의 스칼라 배수인 경우입니다.

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