연 수학›고등학교 1학년›도형의 방정식
고등학교 1학년 · 공통수학2
YEON MATH · GRADE 10

도형의 방정식

두 점 거리 · 내분점 · 직선 · 원 · 평행/대칭이동

도형의 방정식 단원 표지 — 두 점 사이 거리 도해
AI 생성 이미지 · 힉스필드 nano_banana_2 · 연 수학교과서

왜 도형의 방정식을 배울까?

도형을 좌표와 식으로 바꾸면 계산으로 다뤄요.

GPS 위치와 게임 충돌 판정도 여기서 나와요.

거리·내분점·직선·원이 그 출발점이에요.

🔎 「도형의 방정식」이 무슨 말이죠?

눈으로 보던 기하학 도형을 x, y 좌표와 대수식으로 옮긴 수학이에요.

이를 데카르트가 창안한 '해석기하'라고 불러요.

도형의 성질을 작도하지 않고도 대수 계산으로 명쾌하게 증명할 수 있어요.

이 단원에서 할 수 있게 돼요. ① 두 점 사이의 거리와 선분의 내분점·중점을 구한다. ② 직선의 방정식을 세우고 평행·수직 조건을 활용한다. ③ 원의 방정식을 다루고 직선과 원의 위치 관계를 판단한다. ④ 평행이동·대칭이동으로 도형의 식을 변환한다.
읽는 법. 본문은 짧고 또렷하게, 더 알고 싶을 땐 색깔 단추를 누르세요 — 왜 그럴까 원리·직관 · 다른 방법 또 다른 풀이 · 흔한 실수 자주 틀리는 곳 · 더 나아가기 실생활·다음 학년. 인쇄하면 단추 속 설명이 모두 펼쳐져 종이 참고서가 됩니다.

출발 점검 — 준비됐나요?

이 두 가지가 떠오르면 준비 완료예요.

① 직각삼각형에서 빗변 c는? (밑변 3, 높이 4)
② 두 수 2와 8의 평균은?
① c=√(3²+4²)=5 (피타고라스) · ② (2+8)/2=5. 거리 공식과 중점 공식이 바로 이 둘이에요.

두 점 사이의 거리 — 피타고라스의 부활

두 점 사이 거리는 직각삼각형의 빗변이에요.

가로 차이와 세로 차이를 각각 제곱해 더해요.

d = √((x₂−x₁)² + (y₂−y₁)²) 공식이 돼요.

🔎 수직선과 좌표평면의 거리는 어떻게 다른가요?

수직선은 좌우 한 방향뿐이라 두 점 사이 거리는 |x₂ − x₁|이에요.

하지만 좌표평면은 가로(x)와 세로(y) 두 방향이 있어요.

두 방향의 차이로 직각삼각형을 만들어 피타고라스 정리로 빗변을 구해요.

A(1, 2), B(4, 6)은 가로 차 3, 세로 차 4예요.

거리는 √(3²+4²) = √25 = 5가 돼요.

기억해요 — 두 점 거리 = √((x차)² + (y차)²). 직각삼각형 빗변을 떠올려요
🔎 거리 공식에서 빼는 순서가 바뀌어도 괜찮나요?

x₂ − x₁ 대신 x₁ − x₂로 빼도 아무 문제 없어요.

음수가 나오더라도 곧바로 제곱을 하기 때문이에요.

어느 쪽에서 어느 쪽을 빼든 제곱하면 항상 양수가 되어 결과가 완전히 같아요.

왜 가로·세로 차이로 피타고라스 정리를 쓸까

점 A(x₁, y₁)에서 x축에 평행한 선을 긋고, 점 B(x₂, y₂)에서 y축에 평행한 선을 그으면 점 C(x₂, y₁)에서 직각으로 만나요. 밑변이 |x₂−x₁|, 높이가 |y₂−y₁|인 직각삼각형 ABC가 만들어지므로 피타고라스 정리로 빗변 AB의 길이를 구할 수 있어요.

차이의 부호를 헷갈리기

x₂−x₁이 음수여도 제곱하면 양수라 거리는 항상 0 이상이에요. 빼는 순서를 바꿔 (x₁−x₂)²으로 계산해도 결과는 같아요. 부호 걱정 없이 제곱부터 해요.
📺📺 영상으로 보기두 점 사이 거리▶

내분점·중점 — 선분을 나누는 좌표

선분 AB를 m:n으로 나누는 점을 내분점이라 해요.

비율과 좌표를 대각선으로 엇갈려 곱해 더해요.

딱 반으로 나누는 중점은 두 좌표의 평균이에요.

기억해요 — 내분점 = (m·뒤 점 + n·앞 점) ÷ (m+n) / 중점 = 평균
🔎 「내분점」과 「중점」이 무슨 말이죠?

내분점은 선분의 안쪽(내)을 주어진 비율로 쪼개는(분) 점이에요.

막대기의 무게중심을 잡거나 거리를 비례 배분할 때 쓰여요.

비율이 1:1로 양쪽 길이가 정확히 같을 때의 내분점을 중점이라고 해요.

🔎 내분점 계산할 때 왜 비율을 엇갈려 곱하나요?

비례식 (x − x₁) : (x₂ − x) = m : n에서 출발해요.

외항의 곱과 내항의 곱을 하면 m(x₂ − x) = n(x − x₁)이 돼요.

그래서 앞 비율 m은 뒤 좌표 x₂와, 뒤 비율 n은 앞 좌표 x₁과 엇갈려 곱해져요.

🔎 내분점 공식 유도(닮음비)와 외분점 비교

① 왜 비율을 엇갈려 곱할까요? (삼각형의 닮음비 유도)
수직선 위의 두 점 A(x₁), B(x₂) (x₁ < x₂)를 m:n으로 내분하는 점을 P(x)라 해 볼게요. 선분 길이의 비가 AP : PB = m : n이므로 (x − x₁) : (x₂ − x) = m : n이에요. 비례식에서 내항의 곱과 외항의 곱은 같으므로 m(x₂ − x) = n(x − x₁)이 됩니다. 괄호를 풀어 x끼리 모으면 (m+n)x = mx₂ + nx₁이고, 양변을 m+n으로 나누면 x = (mx₂ + nx₁)/(m+n)이 나와요. 좌표평면에서도 각 점에서 x축·y축에 수선을 내리면 닮은 직각삼각형이 만들어져 x좌표와 y좌표에 똑같은 식이 성립해요.

② 참고 — 선분 바깥에서 나누는 외분점과 비교
선분 AB의 연장선 위(바깥쪽)에서 AQ : QB = m : n (m ≠ n)이 되게 나누는 점 Q를 외분점이라 해요. 내분점 공식에서 가운데 부호만 −로 바꾸어 ((mx₂−nx₁)/(m−n), (my₂−ny₁)/(m−n))으로 구해요.

✨ 5초 직관 특별팁 영상 — 점·직선 거리는 대입한 절댓값을 빗변으로 나누기

▶ 를 누르면 선생님 목소리와 함께, 점을 식에 대입한 절댓값을 계수로 만든 빗변으로 나누는 과정을 보여줍니다.

O 3x+4y−10=0 (0,0) (1.2, 1.6) 거리 2 |−10| ÷ √(3²+4²) = 10 ÷ 5 = 2 💡
▶ 가운데 버튼을 누르면 선생님 목소리와 함께 시작해요.

📺 원작 출처: 없음(독자 제작) · ⓒ 연라이프 · 살아있는 수학교과서 — 코드 애니메이션 + 선생님 음성, 우리 창작.

✨ 5초 직관 특별팁 영상 — 원과 직선 위치 관계는 중심거리 d와 반지름 r의 키 재기

▶ 를 누르면 선생님 목소리와 함께, 연립·판별식 없이 중심거리 d와 반지름 r만 비교해 만나는 점 개수를 가르는 비법을 보여줍니다.

d < r ⟹ 두 점 d d = r ⟹ 접함 d d > r ⟹ 안 만남 d r 대 d 키 재기 r=5 , d=3 ⟹ 3<5 두 점 💡
▶ 가운데 버튼을 누르면 선생님 목소리와 함께 시작해요.

📺 원작 출처: 없음(독자 제작) · ⓒ 연라이프 · 살아있는 수학교과서 — 코드 애니메이션 + 선생님 음성, 우리 창작.

✨ 5초 직관 특별팁 영상 — 내분점은 공식 없이 수직선 눈금 자르기로 3초 컷

▶ 를 누르면 선생님 목소리와 함께, 두 점 사이 거리를 비율 칸수로 쪼개 자로 짚어 내분점을 찾는 비법을 보여줍니다.

거리 6 A(2) B(8) P(6) 한 칸 = 6 ÷ 3 = 2 💡
▶ 가운데 버튼을 누르면 선생님 목소리와 함께 시작해요.

📺 원작 출처: 없음(독자 제작) · ⓒ 연라이프 · 살아있는 수학교과서 — 코드 애니메이션 + 선생님 음성, 우리 창작.

✨ 이 단원 활용팁 더보기 →

직선과 원의 방정식 — 평면을 식으로

기울기 m과 한 점 (x₁, y₁)이면 직선 식을 세워요.

y−y₁ = m(x−x₁) 꼴로 나타내요.

두 직선이 평행하면 기울기가 서로 같아요.

🔎 직선의 식은 왜 y − y₁ = m(x − x₁) 인가요?

기울기는 '가로 증가량 분의 세로 증가량'이에요.

임의의 점 (x, y)에 대해 m = (y − y₁)/(x − x₁)이 성립해요.

양변에 분모 (x − x₁)을 곱하면 익숙한 직선의 공식이 나와요.

두 직선이 수직이면 기울기 곱이 -1이에요.

중심 (a, b), 반지름 r인 원은 (x−a)²+(y−b)²=r²이에요.

원 위의 점 (x₁, y₁) 접선은 x₁x + y₁y = r²이에요.

기억해요 — 평행: 기울기 같음 / 수직: 기울기 곱 = −1 / 원: 피타고라스 거리 공식
🔎 두 직선이 평행할 때와 일치할 때는 어떻게 구분하나요?

기울기가 같고 y절편이 다르면 서로 만나지 않는 평행이에요.

기울기도 같고 y절편까지 완전히 같으면 두 직선이 포개지는 일치예요.

따라서 평행인지 확인할 때는 y절편이 다른지 꼭 함께 봐야 해요.

🔎 「원의 방정식」은 왜 (x − a)² + (y − b)² = r² 인가요?

원은 중심에서 거리가 항상 r인 점들의 모임이에요.

중심 (a, b)와 원 위의 점 (x, y) 사이 거리는 √((x−a)² + (y−b)²) = r이에요.

양변을 제곱하면 바로 표준형 원의 방정식이 탄생해요.

기억 그림 · 원의 방정식 r (a, b)
중심 (a, b)에서 거리가 항상 r인 점들의 모임 = 원. (x−a)² + (y−b)² = r²
원의 방정식 좌표 도해
원의 방정식 (x−a)²+(y−b)²=r² · AI 생성 · 힉스필드

①점과 직선 거리

점 (x₁,y₁)과 직선 ax+by+c=0 사이 거리는 |ax₁+by₁+c| / √(a²+b²)이에요. 직선 식을 먼저 우변이 0인 일반형으로 정리한 뒤 대입해요.

②평행·수직

평행 → 기울기 같음(y절편까지 같으면 일치). 수직 → 기울기 곱 −1. 좌표축에 평행한 직선은 예외로 따로 봐요.

③원과 직선

원의 중심에서 직선까지 거리 d와 반지름 r 비교: d < r 두 점, d = r 접함(한 점), d > r 안 만남.

④평행이동

도형을 x축으로 p, y축으로 q 옮기면 식에 x→x−p, y→y−q로 바꿔 대입해요. 자세히 ↓

🔎 점과 직선 사이의 거리 공식은 어떻게 기억하나요?

직선 식을 우변이 0인 ax + by + c = 0 형태로 먼저 정리해요.

분자에는 점의 좌표를 직선 식에 쏙 대입한 뒤 절댓값 |ax₁ + by₁ + c|을 씌워요.

분모에는 x, y 앞의 계수로 만든 빗변 √(a² + b²)을 나누어 주면 끝나요.

🔎 원과 직선의 위치 관계는 왜 판별식보다 d와 r이 편한가요?

직선을 원에 대입해 연립하면 복잡한 이차방정식의 판별식을 계산해야 해요.

하지만 원의 중심에서 직선까지 거리 d를 구하면 반지름 r과 곧바로 비교돼요.

d < r이면 두 점, d = r이면 접함, d > r이면 만나지 않는다는 사실을 암산으로도 파악할 수 있어요.

🔎 두 직선이 수직이면 왜 기울기의 곱이 −1인가요?

두 직선을 나란히 평행이동해 원점 O(0, 0)에서 수직으로 만나게 하면, 두 직선의 식은 y = m₁x와 y = m₂x가 돼요. 이 두 직선이 직선 x = 1과 만나는 점을 각각 A(1, m₁), B(1, m₂)라 하면 삼각형 OAB는 ∠AOB = 90°인 직각삼각형이에요. 피타고라스 정리에 의해 OA² + OB² = AB²이므로 (1 + m₁²) + (1 + m₂²) = (m₁ − m₂)²이 성립해요. 우변을 전개해 양변에서 m₁² + m₂²을 지우면 2 = −2m₁m₂가 되어 m₁m₂ = −1이 나옵니다.

🔎 원의 접선의 방정식 공식 두 가지 한 걸음씩 보기

① 원 x² + y² = r² 위의 한 점 P(x₁, y₁)에서의 접선 : x₁x + y₁y = r²
원의 중심 O(0, 0)과 접점 P(x₁, y₁)을 이은 반지름 OP는 접선과 수직이에요. 반지름 OP의 기울기가 y₁/x₁이므로 접선의 기울기는 −x₁/y₁이에요(x₁≠0, y₁≠0). 따라서 접선의 식은 y − y₁ = −(x₁/y₁)(x − x₁)이고, 양변에 y₁을 곱해 정리하면 x₁x + y₁y = x₁² + y₁²이에요. 점 P가 원 위의 점이므로 x₁² + y₁² = r²을 대입하면 x₁x + y₁y = r²이 됩니다. 이 식은 축 위의 점(예: 원 x²+y²=4 위의 점 (0, 2) → 0·x + 2·y = 4, 곧 y = 2)에서도 그대로 성립해요.

② 기울기가 m이고 원 x² + y² = r²에 접하는 직선 : y = mx ± r√(m²+1)
구하는 접선을 y = mx + k (mx − y + k = 0)라 놓으면, 원의 중심 (0, 0)에서 직선까지의 거리 d가 반지름 r과 같아야 해요. 즉 |k|/√(m²+1) = r에서 k = ±r√(m²+1)이므로 접선의 방정식은 y = mx ± r√(m²+1)이에요.

대칭이동 정리

점 (x, y)를 x축 대칭 → (x, −y), y축 대칭 → (−x, y), 원점 대칭 → (−x, −y), 직선 y=x 대칭 → (y, x). 도형의 식에서도 해당 문자를 똑같이 바꿔 대입하면 대칭이동한 도형의 식이 나와요.

자취의 방정식

어떤 조건을 만족하는 점 P(x, y)가 그리는 도형을 자취라 해요. 조건을 x, y의 식으로 옮기고 정리하면 자취의 방정식이 나와요. 예를 들어 두 점에서 같은 거리에 있는 점의 자취는 두 점을 이은 선분의 수직이등분선이에요.

평행이동과 대칭이동

평행이동은 도형을 모양 그대로 밀어서 옮겨요. 대칭이동은 거울에 비춰서 뒤집는 것이에요. 가장 헷갈리는 점은 부호입니다. 점을 옮길 때와 식을 옮길 때 부호가 반대예요. 기억해요 — 점은 더하고(x+a), 식은 반대로 넣는다(x−a) / 대칭은 부호 바꾸기 · y = x는 자리 바꾸기
xyO+3+2A(−2, −1)A′(1, 1)평행이동 — 모양 그대로 밀기
xyOy = xP(2, 3)x축 (2, −3)y축 (−2, 3)원점 (−2, −3)y=x (3, 2)대칭이동 — 거울에 비추기
평행이동 : 삼각형을 x축 방향으로 3, y축 방향으로 2 만큼 · 대칭이동 : 점 P(2, 3) 을 네 거울에 비추기

①점 옮기기 — 더한다

점 (x, y)를 x축 방향으로 a, y축 방향으로 b만큼 평행이동하면 (x + a, y + b)예요. 보이는 그대로 더해요. 예: A(−2, −1) → A′(1, 1).

②식 옮기기 — 반대로 넣는다

도형의 식 f(x, y) = 0을 같은 만큼 옮기면 f(x − a, y − b) = 0이에요. 새 점 (x, y)를 거꾸로 되돌린 (x − a, y − b)가 원래 도형 위에 있기 때문이에요.

③대칭이동 넷

x축 → (x, −y) · y축 → (−x, y) · 원점 → (−x, −y) · 직선 y = x → (y, x). 도형의 식도 같은 자리의 문자를 똑같이 바꿔 넣으면 돼요.

④「의하여」 함정

「평행이동 (x, y) → (x + 3, y − 2)에 의하여 점 (5, 1)로 옮겨지는 점」은 옮기기 전의 점이에요. 거꾸로 되돌아가서 (5 − 3, 1 + 2) = (2, 3)을 구해요.

🔎 점의 평행이동과 도형 식의 평행이동은 왜 부호가 반대인가요?

점 (x, y)를 x축으로 a만큼 밀면 새 점의 좌표는 X = x + a가 돼요. 보이는 그대로 좌표에 a를 더합니다.

하지만 도형의 식은 옛날 점 (x, y)가 만족하던 관계식이에요. 새 점 (X, Y)의 관계식을 구하려면, x = X − a로 거꾸로 되돌려 옛 식에 넣어야 합니다. 그래서 식에는 부호가 반대인 x − a가 들어갑니다.

🔎 직선 y = x 대칭은 왜 x와 y의 자리를 바꾸나요?

기울기가 1인 직선 y = x는 가로축과 세로축의 한가운데를 가르는 대각선이에요.

점 (a, b)를 이 대각선에 접어 포개면, 가로 위치 a가 세로 위치로 가고 세로 위치 b가 가로 위치로 바뀌어 (b, a)가 돼요. 그래서 x와 y를 서로 맞바꾸면 됩니다.

예제 1 · 원 (x − 1)² + (y + 2)² = 4를 x축 방향으로 −3, y축 방향으로 5만큼 평행이동한 원의 방정식은?
식에는 x 대신 x + 3, y 대신 y − 5를 넣어요 → (x + 3 − 1)² + (y − 5 + 2)² = 4 → (x + 2)² + (y − 3)² = 4.
검산 : 중심 (1, −2)를 점으로 옮기면 (1 − 3, −2 + 5) = (−2, 3)이라 새 식의 중심과 같아요. 반지름은 그대로 2예요.
예제 2 · 직선 2x − y + 3 = 0을 직선 y = x에 대하여 대칭이동한 직선의 방정식은?
x와 y를 자리 바꿔요 → 2y − x + 3 = 0, 곧 x − 2y − 3 = 0.
검산 : 원래 직선 위의 점 (0, 3)을 비추면 (3, 0)이고, 3 − 0 − 3 = 0이라 새 직선 위에 있어요.
예제 3 · 점 (4, 1)을 직선 y = x + 1에 대하여 대칭이동한 점은?
y = x가 아닌 직선이면 두 조건을 써요 — ① 두 점의 중점이 직선 위에 있다 ② 두 점을 이은 선분이 직선과 수직이다 (기울기 곱 −1).
구하는 점을 (a, b)라 하면 ① (1+b)/2=(4+a)/2+1 → b = a + 5 ② (b−1)/(a−4)=−1 → b = 5 − a. 두 식을 연립하면 (0, 5)예요.

이어서 해 보기 — 만지는 수학 : 밀고 꺾고 거울에 비추기 · 장대경 선생님 특강 : 도형의 이동 · 별과 정리 : 거울은 가장 짧은 길을 안다

스스로 풀어요 (3단계)

두 점 거리·중점·기본 직선식부터. 공식에 차근차근 대입해 봐요.
비평 데스크가 챙긴 것 — 「더 쉽게」: 거리는 제곱부터 하면 부호 걱정이 사라져요. 「더 간결하게」: 원의 일반형은 항상 완전제곱으로 묶어 중심·반지름부터 찾는 습관을 들여요.

객관식 진단 퀴즈 — 도형의방정식

5지선다 10문항이에요. 풀면 바로 채점되고, 학습 기록이 자동 저장돼요.

직접 해보기 — 원점에서 (a,b)까지 거리

가로 a 3 세로 b 4
틀려도 괜찮아요. 틀린 문제는 ‘내 뇌가 자라는 신호’예요. 한 번에 안 풀려도, 비책을 떠올리며 다시 도전해 봐요. 답보다 ‘어떻게 생각했는지’가 더 소중하답니다.

자주 틀리는 것

한 장 핵심

이 단원의 말·기호

두 점 거리
√((x차)²+(y차)²). 좌표평면 위 두 점 사이 직선 길이.
내분점
선분을 m:n으로 안에서 나누는 점.
점과 직선 거리
|ax₁+by₁+c|/√(a²+b²).
원의 일반형
x²+y²+Ax+By+C=0. 완전제곱으로 중심·반지름을 찾음.
평행이동과 대칭이동
도형을 모양·크기 그대로 밀어 옮기는 것(평행이동)과 축·점·직선에 비춰 뒤집는 것(대칭이동).

내 말로 설명하기

두 점 사이 거리 공식이 왜 피타고라스에서 나오는지 설명해 봐요.

예시 — 두 점 사이를 잇는 선분을 빗변으로 하고, 가로 차이 |x₂−x₁|과 세로 차이 |y₂−y₁|을 두 변으로 하는 직각삼각형을 그리면, 피타고라스 정리로 빗변(거리) = √((x₂−x₁)²+(y₂−y₁)²)가 나와요.

이 단원, 나는 얼마나 알게 됐을까?

기록하기 전에 — 방금 배운 걸 눈을 감고 꼭 한 번 떠올려 봐요.
그렇게 스스로 떠올려 본 것이 진짜 ‘내 것’이 된답니다.

1. 이 단원을 얼마나 이해했나요?
2. 어떤 부분이 헷갈렸나요? (없으면 안 골라도 돼요)
3. 떠올리며 생각난 것 한 줄 (안 써도 돼요)

◍ 나의 생각 지도 · 복습 노트

내가 배운 것들이 어떻게 이어지는지, 어디를 더 봐야 하는지 한눈에 봐요. (위에서 이해도 평가를 하면 색으로 표시돼요.)

잘 알아요 거의 복습 필요 아직
복습 체크 · 연 복습법 5·2·5·5
어른을 위한 한 줄. 아이가 막히면 답을 알려주기보다 “무엇을 구하는 걸까?”, “어떤 성질·식을 쓰면 될까?” 하고 한 단계만 되물어 주세요. 스스로 길을 찾는 힘이 자랍니다.
🖐 만지는 수학

읽고 끝내지 말고 직접 손으로 움직여 보세요. 30초면 됩니다.

컴퍼스 — 거리가 같은 점들손으로 끌고 눌러서 알아내기두 점을 잇는 단 하나의 직선손으로 끌고 눌러서 알아내기밀고 꺾고 거울에 비추기 — 평행이동·대칭이동손으로 끌고 눌러서 알아내기
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눈을 감아요

방금 배운 도형의 방정식을 머릿속에 천천히 그려 봐요.
두 점 거리(√((x차)²+(y차)²)) → 내분점·중점 → 직선·원의 식 → 평행/대칭이동
떠오르는 만큼만, 괜찮아요.

떠오르는 동안 잠시 기다려요…

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