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삼각함수의 정의를 좌표비로 다시 확인하기

대전노은고등학교 학생의 풀이 기록에서 첫 줄은 다음과 같았다.

“단위원이므로 x, y를 그대로 사용한다.”

하지만 문제의 원은 반지름이 1인 단위원으로 한정되지 않았다. 반지름이 r인 원 위의 점이라면 좌표를 반지름으로 나누어야 하므로, 이 오류는 노은동과외 수업에서 먼저 바로잡을 핵심 내용이 되었다.

반지름이 다른 두 원의 비교

x y r cos θ sin θ
P 3 4 5 3/5 4/5
Q 6 8 10 3/5 4/5

P와 Q는 좌표의 크기는 다르지만 같은 방향에 있다. 따라서 반지름이 달라도 좌표를 각각 r로 나누면 삼각함수의 값은 같다.

정의에서 분리해야 할 세 가지 비

반지름이 r이고 원 위의 점의 좌표가 (x, y)일 때, r은 양수이며 다음 관계가 성립한다.

r = √(x² + y²)

  • cos θ = x/r
  • sin θ = y/r
  • tan θ = y/x (단, x ≠ 0)

따라서 점 (6, 8)에서는 r = 10이므로 cos θ = 6/10 = 3/5, sin θ = 8/10 = 4/5이다. x를 그대로 사용해 cos θ = 6이라고 하는 것은 삼각함수의 정의에 맞지 않는다.

부분 풀이 완성하기

점 (−5, 12)가 반지름 13인 원 위에 있고, 이 점이 나타내는 각을 θ라고 하자.

cos θ = −5/13,   sin θ = 12/13,   tan θ = −12/5이다.

x가 음수이고 y가 양수이므로 점은 제2사분면에 있다. 따라서 cos θ가 음수이고 sin θ가 양수라는 결과도 좌표의 부호와 일치한다.

단위원 공식과의 관계

단위원에서는 r = 1이므로 cos θ = x, sin θ = y처럼 보인다. 그러나 이것은 단위원에서만 가능한 간단한 표현이다. 일반적인 반지름 r에서는 반드시 x/r, y/r로 정규화해야 한다.

최종 검증

같은 방향의 점을 나타내는 좌표가 (3, 4)와 (12, 16)이라면 두 점의 반지름은 각각 5와 20이다.

두 점 모두

cos θ = 3/5,   sin θ = 4/5,   tan θ = 4/3

을 갖는다. 반지름의 변화는 좌표의 크기에는 영향을 주지만, 같은 방향에서 정의한 삼각함수의 값에는 영향을 주지 않는다. 단, tan θ는 x = 0일 때 정의되지 않는다는 조건을 함께 확인해야 한다.

노은동 고2수학과외 학부모 후기

노트를 새것으로 바꾼 날이라 책상 주변을 정리하다가 아이가 적어 둔 메모를 보게 됐어요. 문제에 길게 붙어 있던 조건을 그대로 옮긴 게 아니라, 필요한 내용만 짧은 말로 바꿔 식 옆에 붙여 놓았더라고요. 노은동 수학과외를 알아보던 중에도 이런 작은 변화가 집에서 보일까 싶었는데, 실제로 눈앞에서 보니 전과는 달랐어요. 예전에는 다음에 확인할 부분을 따로 남겨 두지 않아서 문제를 다시 펼치면 처음부터 전부 훑곤 했거든요. 그런데 학교 숙제를 마친 뒤에는 긴 조건에서 필요한 것만 골라 식 옆에 적고, 아직 확인하지 못한 부분에는 따로 표시를 해 두었어요. 문제를 읽은 흔적이 한눈에 보였고, 어디를 다시 봐야 하는지도 노트 안에서 바로 찾을 수 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

방학 중 평일 오전에 수업 준비물을 챙기다가 아이 문제집 사이에서 작은 메모를 보게 됐어요. 긴 문제 조건을 그대로 옮긴 게 아니라, 필요한 내용만 짧게 바꿔 문제 식 옆에 적어 둔 흔적이더라고요. 왜 그런 식으로 써 놓았나 싶어 풀이도 잠깐 살펴봤습니다. 노은동 수학과외를 찾아보던 때와는 별개로, 예전에는 오답을 고칠 때 어디서 꼬였는지보다 맨 마지막 답부터 확인하곤 했거든요. 그런데 이번에는 조건을 몇 부분으로 나눠 적고, 실제 계산에 쓰이는 것만 옆에 남겨 두었어요. 답을 먼저 훑은 게 아니라 식과 메모를 함께 보면서 처음 어긋난 지점을 찾고 있었습니다. 주말에 교과서 다음 단원을 다시 펼쳤을 때도 긴 조건을 읽자마자 필요한 부분을 식 옆에 짧게 적었어요. 옆에는 확인한 까닭이 드러나도록 한두 단어까지 덧붙여 두어서, 전과 달리 무엇을 보고 계산했는지가 그대로 보였습니다.

★★★★★학부모 후기

노트 한쪽에 문제를 길게 옮겨 적은 게 아니라, 한 줄만 써 두고 옆에 작은 표시까지 해둔 걸 보게 됐어요. 수학 수업 전날 저녁이었는데, 따로 물어보지도 않았는데 ‘여기서부터 다시’라는 뜻이 보이더라고요. 노은동 수학과외를 찾아보던 때에도 이런 노트를 자주 펼쳐 봤지만, 예예전에는 틀린 부분이 있어도 처음 판단이 달라진 지점은 그냥 지나갔거든요. 이번에는 문제 전체를 다시 적지 않고, 어느 줄을 볼지와 왜 다시 보는지만 남겨 두었습니다. 수행평가 자료를 챙기던 날에도 같은 식으로 노트를 살펴보더니, 확인한 부분에 조그맣게 표시를 해두고 다음 자료로 넘어가더라고요. 긴 풀이 대신 다시 확인할 곳과 이유가 짧게 남아 있었습니다.

★★★★☆학부모 후기

노은동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀리는 것이 싫어 공부량을 정하지 못한 채 책상에 앉곤 했습니다. 선생님은 답을 재촉하지 않고 충분히 생각할 시간을 주셨고, 수업을 마친 뒤에는 그날 배운 내용을 스스로 정리하도록 차분히 이끌어 주셨습니다. 시험기간에도 크게 흔들리지 않고 수업이 있는 날을 전보다 편하게 받아들이는 모습이 보여 부모로서 안심이 됐습니다.

★★★★☆학부모 후기

노은동 수학 과외를 시작할 때만 해도 모르는 문제를 혼자 끌어안고 질문 없이 넘기던 아이였습니다. 어느 날 늦게까지 남은 과제를 앞에 두고 처음으로 선생님께 막힌 부분을 물었고, 선생님은 이해한 정도를 살피며 할 수 있는 양만 나눠 주셨습니다. 이제는 숙제가 밀려도 손을 놓기보다 쉬운 문제부터 시작하고, 공부할 때 표정도 한결 편안해졌습니다.

★★★★☆학부모 후기

노은동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 공부 계획을 자주 미루고, 수업 전에 질문할 문제를 정리하는 일도 어려워했습니다. 시험 범위를 처음 받은 날 부담스러워했지만 선생님은 집중이 흐려지면 설명을 반복하기보다 다른 문제나 활동으로 바꾸고, 아이가 스스로 이어갈 시간을 주셨습니다. 요즘은 어려운 문제를 만나도 설명을 들은 뒤 다시 시도하고, 수학 공부를 시작할 때의 부담도 조금 줄어든 모습이라 작은 변화가 반갑습니다.

★★★★★학부모 후기