📘 CodingMarble Learn

이차곡선: 원, 포물선, 타원, 쌍곡선

마주 보는 두 원뿔을 평면으로 자르면 원, 타원, 포물선, 쌍곡선이 나와요. 꼭짓점을 지나게 자르면 점, 직선 하나, 또는 두 직선(퇴화 이차곡선)이 돼요. 원: (x − h)² + (y − k)² = r². 포물선 y² = 4ax: 초점 (a, 0), 준선 x = −a, 정현 길이 4a, e = 1. 타원 x²/a² + y²/b² = 1 (a > b): c² = a² − b², 초점 (±c, 0), e = c/a < 1, 정현 길이 2b²/a, PF₁ + PF₂ = 2a. 쌍곡선 x²/a² − y²/b² = 1: c² = a² + b², e = c/a > 1, 정현 길이 2b²/a, |PF₁ − PF₂| = 2a.

🎬 단계별 이야기

  1. 아이스크림 콘 두 개를 뾰족한 끝끼리 붙인다고 생각해 봐요. 이걸 평평한 판으로 잘라요. 수평으로 자르면 원, 비스듬히 자르면 타원, 옆면과 나란히 자르면 포물선, 더 가파르게 자르면 쌍곡선이에요. 뾰족한 끝을 지나게 자르면 점, 직선 하나, 또는 직선 두 개가 나와요.
  2. 원은 중심 (h, k)에서 거리가 모두 r인 점들의 모임이에요. 방정식은 (x − h)² + (y − k)² = r²예요. x² + y² − 2x − 4y − 4 = 0에서는 중심 (1, 2), 반지름 3이 나와요.
  3. 포물선은 한 점(초점)과 한 직선(준선)에서 거리가 같은 점들의 모임이에요. y² = 4ax에서 초점은 (a, 0), 준선은 x = −a예요.
  4. 타원은 두 초점까지의 거리를 더하면 항상 같은 값 2a가 되는 점들의 모임이에요. 방정식은 x²/a² + y²/b² = 1이고 c² = a² − b²예요.
  5. 쌍곡선은 두 초점까지의 거리의 차가 항상 같은 값 2a인 점들의 모임이에요. 방정식은 x²/a² − y²/b² = 1이고 c² = a² + b²예요.
  6. 자유롭게 놀아 봐요. 곡선을 고르고 a와 b를 바꾸거나, 원뿔을 자르는 평면을 기울여 보세요. 초점, e, 정현이 어떻게 변하는지 살펴봐요.

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

🤔 헷갈리는 점, 한 번에 해결

원은 왜 이차곡선일까요?

자르는 평면이 원뿔의 축과 직각이면 단면 위의 모든 점이 축에서 같은 거리에 있어요. 그래서 원이 돼요.

퇴화 이차곡선은 정확히 무엇인가요?

평면이 꼭짓점을 지나서 곡선이 점 하나, 직선 하나, 또는 직선 두 개로 줄어든 거예요.

x² + y² + 2gx + 2fy + c = 0이 진짜 원인지 어떻게 알 수 있나요?

g² + f² − c를 구해 보세요. 양수이면 실제 원이고, 0이면 점 하나, 음수이면 실수 범위에서 원이 없어요.

y² = 4ax의 정현 길이가 왜 4a인가요?

x = a를 넣으면 y² = 4a²이므로 y = ±2a예요. 현은 −2a에서 2a까지이므로 길이가 4a예요.

타원에서 긴 축이 x축인지 y축인지 어떻게 알 수 있나요?

분모를 보세요. 큰 분모가 x² 아래에 있으면 긴 축이 가로이고, y² 아래에 있으면 세로예요.

쌍곡선은 포물선 두 개인가요?

아니에요. 쌍곡선의 가지는 점근선이라는 직선에 가까워지고 e > 1이에요. 포물선은 점근선이 없고 e = 1이에요.

원뿔의 단면

쌍원뿔은 기울어진 직선(모선)을 고정된 축 둘레로 돌려서 만들어요. 위아래 두 부분을 날개(nappe)라고 불러요. 뾰족한 끝(꼭짓점)을 지나지 않는 평면으로 잘라 봐요.

퇴화 이차곡선

평면이 꼭짓점을 지나면 단면이 "찌그러져서" 더 단순한 모양이 돼요.

원

원은 한 점 C(h, k)(중심)에서 일정한 거리 r(반지름)만큼 떨어진 모든 점의 모임이에요. 두 점 사이의 거리 공식을 쓰면 (x − h)² + (y − k)² = r²이 돼요. 중심이 원점이면 x² + y² = r²이에요.

일반형: x² + y² + 2gx + 2fy + c = 0, 중심은 (−g, −f), 반지름은 √(g² + f² − c)예요. 완전제곱식으로 고치면 구할 수 있어요.

포물선

포물선은 한 점(초점)과 한 직선(준선)에서 거리가 같은 점들의 모임이에요. 초점을 지나고 준선에 수직인 직선이 축이고, 그 중간 점이 꼭짓점이에요.

방정식초점준선열리는 방향
y² = 4ax(a, 0)x = −a오른쪽
y² = −4ax(−a, 0)x = a왼쪽
x² = 4ay(0, a)y = −a위
x² = −4ay(0, −a)y = a아래

정현(latus rectum)은 초점을 지나고 축에 수직인 현이에요. 길이는 4a예요.

타원

타원은 두 고정점(초점)까지의 거리의 합이 일정한 값 2a인 점들의 모임이에요. 중심이 원점이고 초점이 x축 위에 있으면 x²/a² + y²/b² = 1, a > b이고 c² = a² − b²이에요.

쌍곡선

쌍곡선은 두 초점까지의 거리의 차가 일정한 값 2a인 점들의 모임이에요. 표준형: x²/a² − y²/b² = 1, c² = a² + b².

핵심 공식과 정의

풀이 예제

1. 중심이 (−2, 3)이고 반지름이 4인 원의 방정식을 구하세요.

1단계: (x + 2)² + (y − 3)² = 16. 2단계: x² + 4x + 4 + y² − 6y + 9 = 16. 3단계: x² + y² + 4x − 6y − 3 = 0.

2. x² + y² + 8x − 10y − 8 = 0의 중심과 반지름을 구하세요.

1단계: (x² + 8x + 16) + (y² − 10y + 25) = 8 + 16 + 25. 2단계: (x + 4)² + (y − 5)² = 49. 3단계: 중심 (−4, 5), 반지름 7.

3. y² = 12x의 초점, 준선, 정현 길이를 구하세요.

1단계: 4a = 12이므로 a = 3. 2단계: 초점 (3, 0), 준선 x = −3. 3단계: 정현 길이 = 4a = 12.

4. x² = −16y의 초점과 준선을 구하세요.

1단계: x² = −4ay 꼴이고 4a = 16, a = 4. 2단계: 아래로 열리므로 초점은 (0, −4). 3단계: 준선 y = 4.

5. 꼭짓점이 원점이고 축이 x축이며 점 (2, 3)을 지나는 포물선을 구하세요.

1단계: y² = 4ax 꼴 (점의 x > 0이므로). 2단계: 9 = 4a × 2 → 4a = 9/2. 3단계: y² = 9x/2, 즉 2y² = 9x.

6. x²/25 + y²/9 = 1의 초점, 이심률, 정현 길이를 구하세요.

1단계: a = 5, b = 3. 2단계: c = √(25 − 9) = 4 → 초점 (±4, 0). 3단계: e = 4/5, 정현 길이 = 2 × 9/5 = 18/5.

7. 꼭짓점이 (±13, 0)이고 초점이 (±5, 0)인 타원을 구하세요.

1단계: a = 13, c = 5. 2단계: b² = a² − c² = 169 − 25 = 144. 3단계: x²/169 + y²/144 = 1.

8. 9y² − 4x² = 36의 초점과 이심률을 구하세요.

1단계: 36으로 나누면 y²/4 − x²/9 = 1, 축은 y축 방향. 2단계: a = 2, b = 3, c = √(4 + 9) = √13. 3단계: 초점 (0, ±√13), e = √13/2.

9. 초점이 (±5, 0)이고 가로축의 길이가 8인 쌍곡선을 구하세요.

1단계: 2a = 8 → a = 4, c = 5. 2단계: b² = c² − a² = 25 − 16 = 9. 3단계: x²/16 − y²/9 = 1.

자주 하는 실수

연습 퀴즈

1. 꼭짓점을 지나지 않고 원뿔의 모선과 나란한 평면으로 자르면 생기는 것은
2. x² + y² − 6x = 0의 반지름은
3. y² = 8x의 초점은
4. 타원의 이심률은 항상
5. x²/9 − y²/16 = 1에서 c의 값은

연습: 직접 풀어 보세요

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

자주 묻는 질문

이차곡선이란 무엇인가요?

쌍원뿔을 평면으로 잘랐을 때 생기는 곡선이에요. 원, 타원, 포물선, 쌍곡선이 있고 퇴화한 경우도 있어요.

포물선의 정현이란 무엇인가요?

초점을 지나고 축에 수직인 현이에요. y² = 4ax에서 길이는 4a예요.

타원과 쌍곡선은 무엇이 다른가요?

타원: 두 초점까지의 거리의 합이 2a, c² = a² − b², e < 1. 쌍곡선: 거리의 차가 2a, c² = a² + b², e > 1.

배우는 곳

ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
NetherlandsVWO 5Geometry
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIAnalytic geometry in the plane
Spain2º BachilleratoGeometric foundations
Spain2º BachilleratoGeometry, art and environment
CBSE (India)Class 11Coordinate Geometry
CBSE (India)Class 11Coordinate Geometry
England (GCSE, A level)Year 12C Coordinate geometry in the (x, y) plane
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Connecting algebra and geometry through coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Circles with and without coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Circles with and without coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Functions Involving Parameters, Vectors, and Matrices
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Conic sections
Japan高校3年Curves and the complex plane
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
South Korea고등학교 2학년Conic sections
South Korea고등학교 3학년Conic sections
FranceTerminaleMathematics (2019 programme)
China高二Ch.2 Lines and circles
China高二Ch.3 Conic sections

먼저 배우기

다음에 배우기

관련 수업

Maths 수업 전체