대전중구 고1수학과외







대전중구 고1수학과외, 점과 직선 사이의 거리에서 반례로 판단하기
대전중구의 한 학생은 점 \(P(2,1)\)과 직선 \(3x+4y-12=0\) 사이의 거리를 구하면서, 점의 좌표를 직선식에 대입한 값 \(2\)를 거리라고 판단했다. 직선식의 값은 거리 자체가 아니라 점이 직선에서 얼마나 벗어났는지를 나타내는 계산 과정이라는 점을 놓친 것이다.
직선식의 값과 실제 거리를 구분한 순간
학생은 먼저 점의 좌표를 대입해 \(3\cdot2+4\cdot1-12=-2\)를 얻었다. 이후 교사는 부호가 다른 두 점을 비교하게 했다. 점 \(Q(2,2)\)에서는 \(3\cdot2+4\cdot2-12=2\)가 되지만, 두 점이 직선에서 같은 쪽 또는 반대쪽에 있다는 사실만으로 실제 거리가 각각 2라고 할 수는 없다.
직선 \(ax+by+c=0\)과 점 \((x_1,y_1)\) 사이의 거리는
\[ \frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}} \]
로 계산한다. 따라서 \(P\)와 직선 사이의 거리는
\[ \frac{|3\cdot2+4\cdot1-12|}{\sqrt{3^2+4^2}} =\frac{2}{5} \]
이다. 학생은 직선식에 대입한 결과와 법선 방향의 길이 \(\sqrt{a^2+b^2}\)로 나누는 과정을 분리해 기록했다.
그래프 표현으로 식의 결과를 다시 확인하다
같은 직선을 \(y=-\frac34x+3\)으로 바꾸고, \(x=2\)일 때 직선 위의 점이 \((2,\frac32)\)임을 확인했다. 점 \(P(2,1)\)과 직선 위 점 사이의 수직 방향 차이는 \(\frac12\)이지만, 이것은 최단거리의 길이가 아니다. 직선의 기울기를 고려해야 하므로 수직선분을 그대로 거리로 읽으면 안 된다는 점을 그래프에서 확인했다.
이후 직선 \(4x-3y+6=0\)과 점 \(R(0,2)\)을 제시하고, 점을 직선식에 대입한 값과 실제 거리를 구별하도록 했다. 대입값은 \(0\)이므로 \(R\)은 직선 위에 있고, 거리도 \(0\)이다. 표현을 그래프에서 식으로 바꾸어도 같은 결론이 나오는지 확인한 사례다.
새로운 식에서 최종 확인
- 점 \(S(1,-1)\), 직선 \(5x-12y+13=0\)
- 직선식의 값: \(5+12+13=30\)
- 거리: \(\dfrac{30}{\sqrt{5^2+(-12)^2}}=\dfrac{30}{13}\)
학생은 마지막 문제에서 그래프를 먼저 그리지 않고, 분모가 직선의 계수에서 만들어지는지 확인한 뒤 계산했다. 직선식의 대입값 \(30\)을 거리로 바로 쓰지 않고 \(13\)으로 나누어야 한다는 기준을 새로운 수와 식에서도 재현했다.