Ⅰ. 도형의 방정식

📍 평면좌표와 직선의 방정식

점과 선을 숫자로 — 도형을 계산하는 언어

📋 도형을 숫자로 다루다

💥 왜 배우나
옛날 기하학은 자와 컴퍼스로 도형을 그렸다. 데카르트는 여기에 좌표를 붙여, 점을 $(x, y)$ 숫자쌍으로, 선을 방정식으로 바꿨다. 그 순간 도형 문제가 계산이 되었다 — GPS·게임·CAD가 모두 이 아이디어 위에서 돈다.
🧭
르네 데카르트 — 좌표평면의 창시자
17세기, 천장의 파리를 보며 "위치를 두 수로 나타낼 수 있다"고 생각했다는 일화. 해석기하학(대수 + 기하)을 열어, 도형과 방정식을 하나로 묶었다. 좌표평면을 데카르트 평면이라 부르는 이유.

📍 두 점 사이 거리와 내분점

두 점 $A(-4,\,-2)$, $B(4,\,4)$ 를 좌표평면에 놓았다. 비율 버튼을 눌러 선분 $AB$ 를 나누는 내분점이 어디에 찍히는지 관찰하자.

✅ 두 점 사이 거리
$A(x_1,y_1)$, $B(x_2,y_2)$ 사이 거리 $\overline{AB} = \sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2}$. (피타고라스 정리의 좌표판) 여기서 $\overline{AB} = \sqrt{8^2 + 6^2} = \sqrt{100} = 10$.
✅ 내분점·중점
선분 $AB$ 를 $m:n$ 으로 내분하는 점 $P = \left(\dfrac{m x_2 + n x_1}{m+n},\ \dfrac{m y_2 + n y_1}{m+n}\right)$. 특히 중점($1:1$)은 $\left(\dfrac{x_1+x_2}{2},\ \dfrac{y_1+y_2}{2}\right)$.
📎 참고 · 외분점 (2022 개정 범위 밖 — 시험에는 안 나온다)
$m:n$ 으로 외분하면 $P = \left(\dfrac{m x_2 - n x_1}{m-n},\ \dfrac{m y_2 - n y_1}{m-n}\right)$ — 분모·분자의 $n$ 항 부호가 $-$. 예로 $A(-4,-2),B(4,4)$ 를 $3:1$ 외분하면 $(8,\,7)$ 로 선분 바깥(B 너머)에 찍힌다.
📍 두 점에서 같은 거리에 있는 점
$PA = PB$ 는 제곱한 채로 두면 $a^2$, $b^2$ 이 소거되어 일차식이 된다. 예: $x$축 위의 $P(a,0)$ 가 $A(1,3)$, $B(5,1)$ 에서 등거리이면 $(a-1)^2+9=(a-5)^2+1 \Rightarrow 8a=16 \Rightarrow a=2$. 조건이 "같은 거리"뿐이면 점 $P$ 의 자취는 선분 $AB$ 의 수직이등분선(중점을 지나고 $AB$ 에 수직)이다. 답을 구했으면 두 거리를 실제로 계산해 같은지 확인한다.

📏 직선의 방정식

기울기 $m$ 을 바꿔 직선 $y = mx + n$ 을 움직여 보자. 초록 직선은 이 직선에 수직이다 ($m \ne 0$ 이면 기울기 $-1/m$, $m = 0$ 이면 세로선 $x = 0$).

기울기 m0.75
y절편 n1

핵심 공식

✅ 기울기와 직선
두 점 $(x_1,y_1),(x_2,y_2)$ 를 지나는 직선의 기울기 $m = \dfrac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$. 기울기 $m$ 이고 점 $(x_1,y_1)$ 지나는 직선: $y - y_1 = m(x - x_1)$.
✅ 평행·수직 조건
두 직선의 기울기 $m_1, m_2$ 에 대해 — 평행이면 $m_1 = m_2$ (절편은 다름), 수직이면 $m_1 \cdot m_2 = -1$.
✅ 점과 직선 사이 거리
점 $(x_0, y_0)$ 와 직선 $ax + by + c = 0$ 사이 거리 $d = \dfrac{|a x_0 + b y_0 + c|}{\sqrt{a^2 + b^2}}$.
예: 점 $(2,3)$ 과 $3x - 4y + 1 = 0$ → $d = \dfrac{|6 - 12 + 1|}{\sqrt{9+16}} = \dfrac{5}{5} = 1$.
📐 평행·수직 조건 — 일반형으로도
두 직선 $a_1x+b_1y+c_1=0$, $a_2x+b_2y+c_2=0$ 에 대하여 평행: $a_1b_2=a_2b_1$ (그리고 $b_1c_2\ne b_2c_1$), 수직: $a_1a_2+b_1b_2=0$. 기울기 곱 $m_1m_2=-1$ 은 두 직선 모두 기울기가 있을 때만 쓸 수 있지만, 이 계수 조건은 $x=k$ 같은 세로선까지 항상 통한다. 예: $3x+y-2=0$ 과 $x-ky+5=0$ 이 수직이면 $3\cdot1+1\cdot(-k)=0 \Rightarrow k=3$.
📌 $k$ 의 값에 관계없이 항상 지나는 점
$(k+1)x+(2k-1)y-3k=0$ 처럼 $k$ 가 섞인 직선은 $k$ 로 묶는다: $k(x+2y-3)+(x-y)=0$. 모든 $k$ 에 대해 성립하려면 두 괄호가 동시에 0 — $x+2y-3=0$, $x-y=0 \Rightarrow (1,1)$. $k$ 값 두 개를 넣어 실제로 지나는지 확인한다.

🌐 세상 속으로

📌 어른이 되어도 기억할 것
  1. 두 점 사이 거리 $= \sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}$ — 피타고라스의 좌표판.
  2. 중점 $=$ 두 점의 좌표를 각각 평균. ($x$ 끼리, $y$ 끼리)
  3. 두 직선 수직 ⟺ 기울기의 곱 $=-1$ (예: 기울기 $2$ 와 $-\tfrac12$).
💡 인사이트 — 도형과 대수의 다리
"거리가 일정한 점들의 모임"이라는 기하 조건을 좌표로 쓰면 곧바로 원의 방정식이 된다(다음 단원). 도형을 방정식으로 바꾸면, 그리지 않고 계산으로 교점·접선을 구할 수 있다 — 이것이 해석기하학의 힘.
📊 산점도 — 두 변수의 관계를 보는 눈
좌표평면에 두 변수를 점으로 찍은 것이 산점도다. 점들이 오른쪽 위로 몰리면 양의 상관관계, 오른쪽 아래로 몰리면 음의 상관관계다. 이 점들의 흐름을 하나의 직선으로 요약한 것이 추세선(회귀직선) — 오늘 배운 직선의 방정식이 통계에서 쓰이는 방식이다. 다만 상관관계는 인과관계가 아니다: 아이스크림 판매량과 익사 사고가 함께 늘어도 아이스크림이 익사를 일으키는 게 아니라, 둘 다 "더운 날씨"라는 제3의 원인 때문이다. 두 변수가 좌표평면 위에서 같이 움직인다고 하나가 다른 하나의 원인이라 단정하면 안 된다 — 뉴스나 통계를 읽을 때 가장 자주 걸리는 함정이다.
🏠 좌표가 숨어 있는 곳
🛰️
GPS·지도
위경도 = 좌표, 거리 계산
🎮
게임 엔진
캐릭터 위치·충돌 판정
📐
CAD·건축
도면의 점·선 좌표
🤖
로봇·자율주행
경로를 좌표·직선으로
🏭 산업과 직업 — 공간을 계산하다
🎮
게임·그래픽 엔지니어
좌표·벡터·직선 교차로 물체를 배치하고 충돌을 판정.
🎓 컴퓨터공학 · 게임공학 · 수학
🛰️
측위·지리정보(GIS)
위치를 좌표로 표현하고 거리·경로를 계산.
🎓 지리정보 · 측지 · 항공우주
🚗
자율주행·로보틱스
차선(직선)·거리·경로를 좌표기하로 실시간 계산.
🎓 전자 · 기계 · 로봇공학

🔥 평면좌표·직선 퀴즈

문제 1 / 10점수 0 / 10

✅ 정리 — 핵심 공식

개념공식
두 점 사이 거리$\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}$
중점$\left(\frac{x_1+x_2}{2},\frac{y_1+y_2}{2}\right)$
내분점 ($m:n$)$\left(\frac{mx_2+nx_1}{m+n},\frac{my_2+ny_1}{m+n}\right)$
직선 (기울기·한 점)$y-y_1=m(x-x_1)$
평행 / 수직$m_1=m_2$ / $m_1 m_2=-1$
점과 직선 거리$\frac{|ax_0+by_0+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}$
🔑 한 줄 요약
점은 좌표, 선은 방정식. 거리·중점·내분으로 위치를 계산하고, 기울기로 직선을 세운다. 수직이면 기울기 곱이 $-1$.

자가 점검

약점 태그

수학:평면좌표수학:내분외분수학:직선의방정식수학:평행수직
➡️ 다음 단원
"거리가 일정한 점들" → 원의 방정식으로. 공통수학2 허브로.