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고급 수학: 삼각함수, 미적분, 기하, 확률

고등 수학은 크게 세 갈래예요. 삼각함수와 미적분은 파동과 변화를 다뤄요. 원에서 sin θ를 얻고, 미분은 기울기, 적분은 넓이예요. 기하는 도형과 입체를 다루고, 원뿔 : 구 : 원기둥 = 1 : 2 : 3 이에요. 확률과 통계는 주사위부터 종 모양 곡선까지 우연과 자료를 재요.

🎬 단계별 이야기

  1. 삼각함수: 점이 원을 따라 돌아요. 점의 높이가 sin θ예요. 점이 남기는 선이 사인 곡선이에요.
  2. 미적분: 주황색 접선의 기울기가 미분이에요. y = x²/4 에서 기울기는 x/2 예요.
  3. 적분: 곡선 아래 막대들을 더하면 넓이가 돼요. 막대가 많을수록 5.33에 가까워져요.
  4. 기하: 원뿔은 원기둥의 3분의 1, 구는 3분의 2를 담아요. 직접 부어 보세요.
  5. 확률: 주사위 두 개를 계속 굴려요. 합 7이 가장 자주 나오고, 막대는 종 모양이 돼요.
  6. 이제 네 차례예요. 목록에서 원하는 코너를 골라 슬라이더나 버튼을 써 보세요.

팁: 3D 화면을 드래그하면 돌아가요. 두 손가락으로 확대할 수 있어요.

🤔 헷갈리는 점, 한 번에 해결

원이 왜 파동을 만드나요?

원을 도는 점의 높이는 부드럽게 반복해서 오르내려요. 각도에 따른 높이를 그리면 파동이 그려져요. θ를 움직여서 초록 선이 자라는 걸 보세요.

곡선이 어떻게 한 점에서 기울기를 가질 수 있나요?

가까운 두 점을 잡아 이어 보세요. 점점 더 가깝게 하면 직선이 접선에 가까워져요. 그 기울기가 그 점에서의 미분이에요.

막대가 많을수록 왜 넓이가 더 정확해지나요?

막대마다 곡선과 작은 틈이 생겨요. 막대가 얇아지면 틈이 아주 작아져서 합이 실제 넓이에 가까워져요. n을 키워서 숫자가 5.33에 닿는 걸 보세요.

원뿔은 왜 정확히 원기둥의 3분의 1인가요?

아르키메데스가 증명한 기하의 결과예요. 3D에서 볼 수 있어요. 원뿔 하나를 부으면 원기둥의 딱 3분의 1이 차요.

합 7이 2보다 왜 더 자주 나오나요?

7을 만드는 방법은 6가지이고 2를 만드는 방법은 1가지뿐이에요. 36가지 경우는 모두 같은 가능성이라서 7이 더 자주 나와요.

시험에 이걸 다 알아야 하나요?

교육과정은 다르지만, 이 다섯 가지 도구는 거의 모든 고등 수학 과정에 나와요. 각각을 깊이 연습하려면 레슨의 링크를 이용하세요.

삼각함수: 원에서 파동까지

반지름이 1인 원 위에 점을 놓고 각 θ만큼 돌려 봐요. 점의 높이는 sin θ, 가로 위치는 cos θ예요. θ가 커지면 높이는 1까지 올라갔다가 −1까지 내려가고 다시 돌아와요. 360°(2π 라디안)마다 반복되는 파동이에요. 그래서 사인과 코사인은 소리, 빛, 흔들리는 추를 나타내는 데 쓰여요.

각은 라디안으로도 나타내요. π 라디안 = 180°예요. 점이 반지름 1인 원 위에 있으니 언제나 sin²θ + cos²θ = 1 이에요.

미적분: 미분(기울기)과 적분(넓이)

미분은 어떤 것이 얼마나 빨리 변하는지 알려 줘요. 그래프에서는 접선의 기울기예요. 접선은 곡선의 한 점에만 닿는 직선이에요. 가까운 두 점을 잡고 점점 더 가깝게 하면, 두 점을 잇는 직선의 기울기는 접선의 기울기에 가까워져요.

처음 배울 규칙(거듭제곱 규칙): y = xⁿ 이면 dy/dx = n xⁿ⁻¹ 이에요. 그래서 y = x² 의 기울기는 2x, y = x²/4 의 기울기는 x/2 예요.

적분은 아주 얇은 조각을 많이 더해 곡선 아래 넓이를 구해요. 막대로 하면 넓이 ≈ (높이 × 너비)의 합이에요. 막대가 많고 얇을수록 더 정확해요. y = xⁿ 이면 ∫ xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n+1) 이에요. y = x²/4 아래 0부터 4까지의 넓이는 4³/12 = 5.33 이에요.

미분과 적분은 서로를 되돌려요. 이 관계가 미적분의 기본 정리예요.

기하: 도형과 입체

좌표기하에서는 도형을 숫자로 나타내요. 두 점 (x₁, y₁), (x₂, y₂) 사이의 거리는 √((x₂−x₁)² + (y₂−y₁)²) 이고, 중심이 (0, 0)이고 반지름이 r인 원은 x² + y² = r² 이에요.

입체도형으로 가 볼게요. 반지름 r, 높이 h = 2r 인 원기둥이 있어요. 같은 크기의 원뿔은 원기둥의 3분의 1을 담고, 원기둥 안에 딱 들어가는 구는 3분의 2를 담아요.

V(원기둥) = πr²h, V(원뿔) = πr²h/3, V(구) = 4πr³/3.

아르키메데스가 2,000년도 더 전에 이 1 : 2 : 3 비율을 찾아냈어요. 3D에서 원뿔과 구를 원기둥에 부어 보면 정확히 가득 차요.

확률과 통계

확률 = 원하는 경우의 수 ÷ 같은 가능성을 가진 모든 경우의 수예요. 주사위 두 개는 6 × 6 = 36가지예요. 합이 7이 되는 방법은 6가지(1+6, 2+5, 3+4, 4+3, 5+2, 6+1)라서 P(7) = 6/36 = 1/6 이고, P(2) = 1/36 보다 커요. 그래서 가운데 막대가 가장 높아요.

통계는 자료를 설명해요. 평균은 값들의 대푯값이에요. 표준편차는 값들이 평균에서 보통 얼마나 퍼져 있는지 말해 줘요. 작은 우연이 많이 쌓이면(주사위를 두 개 이상 쓰는 경우처럼) 결과 막대그래프가 매끄러운 종 모양 곡선, 즉 정규분포가 돼요. 값의 약 68%는 평균에서 표준편차 1 이내에 있어요.

직접 해 보기와 다음 공부

직접 해 봐요. 3D에서 주사위를 100번 굴리기 전에 어느 막대가 가장 높을지 예상해 보세요. 그다음 100번 더 굴려요. 많이 굴릴수록 파란 막대가 주황색 윤곽선에 가까워져요.

다음에는 더 깊이 공부해 봐요: 단위원, 미분, 적분, 입체도형, 정규분포.

핵심 공식과 정의

풀이 예제

1. θ가 예각이고 cos θ = 0.6 일 때, sin θ를 구하세요.

sin²θ + cos²θ = 1 이므로 sin²θ = 1 − 0.36 = 0.64 예요. θ가 예각이라 양수이니 sin θ = 0.8 이에요.

2. y = 3x² + 5x 의 x = 2 에서의 기울기를 구하세요.

dy/dx = 6x + 5 예요. x = 2 이면 6 × 2 + 5 = 17 이에요.

3. y = x² 아래, x = 0 부터 x = 3 까지의 넓이를 구하세요.

넓이 = ∫₀³ x² dx = [x³/3]₀³ = 27/3 − 0 = 9 예요.

4. 반지름이 3 cm 인 구의 부피를 구하세요.

V = 4⁄3 π r³ = 4⁄3 × π × 27 = 36π ≈ 113.1 cm³ 예요.

5. 공정한 주사위 두 개를 굴려요. 합이 8일 확률을 구하세요.

합이 8이 되는 경우: (2,6), (3,5), (4,4), (5,3), (6,2) 로 36가지 중 5가지예요. P = 5/36 ≈ 0.139 예요.

6. 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9 의 평균과 표준편차를 구하세요.

평균 = 40 ÷ 8 = 5 예요. 편차의 제곱은 9, 1, 1, 1, 0, 0, 4, 16 이고 합은 32 예요. 분산 = 32 ÷ 8 = 4 예요. 표준편차 = √4 = 2 예요.

자주 하는 실수

연습 퀴즈

1. x² 의 미분은?
2. sin²θ + cos²θ 의 값은?
3. 밑면과 높이가 같은 원기둥에 비해 원뿔의 부피는?
4. 두 점 사이 곡선의 적분은 무엇을 줄까요?
5. 주사위 두 개에서 가장 자주 나오는 합은?

연습: 직접 풀어 보세요

답을 입력하거나 고른 뒤 확인을 누르세요. 막히면 힌트를 보세요. 풀이는 답을 낸 뒤에 나타나요.

자주 묻는 질문

고등학교 고급 수학이란 무엇인가요?

보통 삼각함수와 미적분, 기하(입체도형과 좌표 포함), 확률과 통계를 기초보다 더 깊게 배우는 것을 말해요.

미분과 적분은 무엇이 다른가요?

미분은 변화율, 즉 기울기를 줘요. 적분은 작은 조각을 더해 넓이 같은 전체 값을 줘요. 둘은 서로 반대되는 과정이에요.

주사위 두 개의 합은 왜 종 모양이 되나요?

가운데 합은 만드는 방법이 많고(7은 6가지), 양 끝 합은 적어요(2나 12는 1가지). 그래서 가운데 막대가 가장 높아요.

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