사다리꼴
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1. 개요
사다리꼴은 한 쌍의 평행한 변을 가진 사각형을 의미하며, 영어로는 trapezium과 trapezoid 두 가지 용어로 불린다. 사다리꼴은 일반 사다리꼴, 등변사다리꼴, 직각 사다리꼴, 예각/둔각 사다리꼴, 평행사변형 등으로 분류된다. 사다리꼴의 성질로는 두 인접한 각의 합이 180도이며, 대각선은 서로를 같은 비율로 나누고, 중선은 두 밑변과 평행하며 길이는 두 밑변 길이의 평균이라는 점 등이 있다. 사다리꼴의 넓이는 밑변과 높이를 이용하여 계산하며, 수치 적분, 건축, 형태학 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히 건축에서는 안정적인 구조를 제공하며, 수치 적분에서는 적분값을 근사하는 데 사용된다.
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네 각이 직각인 사각형인 직사각형은 평행사변형과 사다리꼴의 특수한 형태이며, 대변의 길이가 같고 평행하며 두 대각선이 서로를 이등분하는 특징을 가진다.
사다리꼴 | |
---|---|
개요 | |
명칭 | 영어: Trapezoid (미국식 영어), Trapezium (영국식 영어) 한국어: 사다리꼴, 대형 (일본어에서 유래) |
정의 | 적어도 한 쌍의 변이 평행한 볼록 사각형 |
![]() | |
기하학적 속성 | |
변의 수 | 4 |
종류 | 사각형 |
대칭성 | 해당 사항 없음 (일반적인 사다리꼴의 경우) |
넓이 | (a, b는 평행한 두 변의 길이, h는 높이) |
성질 | 볼록 |
2. 정의 및 용어
사다리꼴은 한 쌍의 마주보는 변이 평행한 사각형이다. 평행한 두 변을 '밑변'이라고 하며, 보통 윗변과 아랫변으로 구분한다. 밑변이 아닌 다른 두 변은 '다리'라고 한다. 두 밑변 사이의 수직 거리를 '높이'라고 한다.
사다리꼴을 정의할 때, 두 쌍의 평행한 변을 갖는 평행사변형을 포함하는지에 대한 논쟁이 있다. 일부에서는 사다리꼴을 '단 하나의' 평행한 변의 쌍을 갖는 사각형으로 정의하여 평행사변형을 제외한다.[11] 반면, 다른 사람들은 사다리꼴을 '최소한' 하나의 평행한 변의 쌍을 갖는 사각형으로 정의하여 평행사변형을 사다리꼴의 특별한 유형으로 간주한다.[13] 이 문서에서는 후자의 정의를 따르며, 마름모, 정사각형, 직사각형 등을 모두 사다리꼴의 특수한 경우로 본다.
2. 1. 명칭의 유래 (''trapezium'' vs ''trapezoid'')
유클리드는 사각형을 정의하면서 두 쌍의 평행한 변을 가진 사각형과 그렇지 않은 사각형(τραπέζια, trapezia[4], 탁자를 뜻하는 τραπέζιον의 복수형)으로 구분했다.[5] 프로클로스는 trapezia를 다시 한 쌍의 평행한 변을 가진 trapezium과 평행한 변이 없는 trapezoid(τραπεζοειδή, trapezoeidé, '사다리꼴과 같은'을 의미)[6][7]로 나누었다.18세기 말까지 유럽 언어들은 프로클로스의 분류를 따랐으나,[7][8] 1795년 찰스 허튼의 수학 사전에서 용어 사용에 혼동이 생겼다.

다음 표는 용어 사용법을 비교한 것이다.
따라서 영국 영어에서는 trapezium이 사다리꼴을, trapezoid가 평행한 변이 없는 사각형을 의미하는 반면, 미국 영어에서는 반대로 trapezium이 평행한 변이 없는 사각형을, trapezoid가 사다리꼴을 의미한다.
3. 종류
이등변 사다리꼴은 밑각의 크기가 같은 사다리꼴이다. 결과적으로 두 다리의 길이도 같으며 선대칭을 갖는다.
내접원을 갖는 사다리꼴을 '''접선 사다리꼴'''이라고 한다.
사케리 사각형은 쌍곡 기하학 평면에서 사다리꼴과 유사하며 두 개의 인접한 직각을 가지는 도형인데, 유클리드 평면에서는 직사각형이다. 쌍곡 평면의 람베르트 사각형은 3개의 직각을 갖는다.
3. 1. 직각 사다리꼴
직각 사다리꼴은 두 개의 인접한 직각을 갖는 사다리꼴이다.[13] 직각 사다리꼴은 곡선 아래의 면적을 추정하는 사다리꼴 공식에 사용된다.
3. 2. 예각/둔각 사다리꼴
예각 사다리꼴은 더 긴 "밑변" 모서리에 두 개의 인접한 예각을 갖는다.[13] 둔각 사다리꼴은 각 "밑변"에 하나의 예각과 하나의 둔각을 갖는다.[13]
3. 3. 평행사변형 (포괄적 정의)
포괄적 정의에 따르면, 모든 평행사변형은 두 쌍의 평행한 변을 가지므로 사다리꼴이다.[14] 마름모, 정사각형 및 정사각형이 아닌 직사각형도 모두 사다리꼴에 포함된다. 직사각형은 중간 변에 대한 대칭을 가지며, 마름모는 꼭지점에 대한 대칭을 가지고, 정사각형은 중간 변과 꼭지점 모두에 대한 대칭을 갖는다.
4. 성질
- 사다리꼴의 두 인접한 각의 합은 180도이다.[16]
- 대각선은 서로를 같은 비율로 나눈다.[16]
- 대각선으로 나누어진 사다리꼴 내부의 네 삼각형 중 마주 보는 두 삼각형의 넓이는 서로 같다.[16]
- 중선(midsegment): 두 다리의 중점을 연결한 선분으로, 두 밑변과 평행하며 길이는 두 밑변 길이의 평균이다.[13]
평행 변: (단,
5. 넓이
평행한 두 변의 길이를 각각
:
이는 아리아바타가 아리아바티야에서 사용한 방법이다.[13]
네 변의 길이를 모두 알 때, 사다리꼴의 넓이를 구하는 공식은 다음과 같다.[17]
:
여기서 ''a''와 ''b''는 평행하고 ''b'' > ''a''이다.
이 공식은 더 대칭적인 버전으로 인수 분해될 수 있다.[13]
:
적분의 수치 해석에서 그래프 상의 어떤 구간의 면적
:
을 구할 때, 사다리꼴의 면적 공식을 사용하여 근사값을 얻는 경우가 있다.
6. 활용
건축에서 사다리꼴은 아래쪽이 넓고 위로 갈수록 좁아지는 대칭적인 문, 창문, 건물들을 지칭하는 데 사용된다. 직선 변과 날카로운 각진 모서리를 가진 사다리꼴 구조는 일반적으로 이등변사다리꼴이다. 잉카 건축에서는 문과 창문에 사다리꼴 형태를 표준 양식으로 사용하였다.[22]
형태학, 분류학 등 형태 관련 용어가 필요한 여러 분야에서 '사다리꼴' 또는 '사다리꼴 모양'이라는 표현은 특정 기관이나 형태를 설명할 때 유용하게 사용된다.[23]
컴퓨터 공학, 특히 디지털 논리와 컴퓨터 구조에서 사다리꼴은 멀티플렉서를 나타내는 기호로 널리 사용된다. 멀티플렉서는 여러 입력 중 하나를 선택하여 선택 신호에 따라 단일 출력을 생성하는 논리 소자이다. 일반적인 설계에서 사다리꼴 기호는 멀티플렉서임을 명시하지 않아도 보편적으로 통용된다.
6. 1. 수치 적분
적분의 수치 해석에서 그래프 상의 어떤 구간의 면적:
을 구하기 위해, ''x'' 축, ''x'' = ''a'', ''x'' = ''b''와 그래프로 둘러싸인 도형을 유한 개의 사다리꼴로 분할하고, 사다리꼴의 면적 공식을 사용하여 근사값을 얻는다.
사다리꼴 공식은 이와 같이 적분값을 근사하는 데 사용되는 수치 적분 방법 중 하나이다.
6. 2. 건축
건축에서 사다리꼴은 아래쪽이 넓고 위로 갈수록 좁아지는 대칭적인 문, 창문, 건물들을 지칭하는 데 사용된다. 직선 변과 날카로운 각진 모서리를 가진 사다리꼴 구조는 일반적으로 이등변사다리꼴이다. 잉카 건축에서는 문과 창문에 사다리꼴 형태를 표준 양식으로 사용하였다.[22]6. 3. 기타

형태학, 분류학 등 형태 관련 용어가 필요한 여러 분야에서 '사다리꼴' 또는 '사다리꼴 모양'이라는 표현은 특정 기관이나 형태를 설명할 때 유용하게 사용된다.[23]
컴퓨터 공학, 특히 디지털 논리와 컴퓨터 구조에서 사다리꼴은 멀티플렉서를 나타내는 기호로 널리 사용된다. 멀티플렉서는 여러 입력 중 하나를 선택하여 선택 신호에 따라 단일 출력을 생성하는 논리 소자이다. 일반적인 설계에서 사다리꼴 기호는 멀티플렉서임을 명시하지 않아도 보편적으로 통용된다.
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