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두 점 사이의 거리

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1. 개요

두 점 사이의 거리는 좌표 평면에서 두 점 사이의 길이를 계산하는 데 사용되는 수학적 개념이다. 삼각함수의 덧셈정리를 유도하는데 사용되며, 두 점 사이의 거리를 이용하여 삼각함수 계산, 삼각함수 방정식 및 부등식 풀이, 물리학 및 공학 문제 해결 등에 활용된다.

2. 삼각함수의 덧셈정리

300px


원과 그 원의 중심점에 한점을 두는 삼각형을 예약하고,[2]

두 점 사이의 거리에서,

:l = \sqrt {({x_2}-{x_1})^2+({y_2}-{y_1})^2}이므로,

:P= (cos \; \alpha, sin \; \alpha) \;\; , \;\; Q= (cos \beta, sin \beta)

:\overline{PQ}^2= (cos \beta - cos \; \alpha )^2 + ( sin \beta - sin \; \alpha)^2

:= \left ( (cos \beta - cos \; \alpha ) \cdot (cos \beta - cos \; \alpha ) \right) + \left( ( sin \beta - sin \; \alpha) \cdot (- sin \beta - sin \; \alpha) \right)

:= \left ( (cos \beta)^2 - 2cos \alpha cos \beta + (cos \; \alpha)^2 \right) + \left( ( sin \beta)^2 -2 sin\alpha sin \beta + (sin \alpha)^2 \right)

:= (cos \beta)^2 + (cos \; \alpha)^2 + ( sin \beta)^2 + (sin \alpha)^2 - 2cos \alpha cos \beta -2 sin\alpha sin \beta

:= (cos^2 \beta + cos \; \alpha^2 ) + ( sin^2 \beta + sin^2 \alpha ) - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

그리고 삼각 함수 항등식의 피타고라스 정리에서,

: \sin^2{x} + \cos^2{x} = 1

따라서,

:= 1 + 1 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

한편,

이것은, 제2코사인법칙에서

:\overline{PQ}^2= \overline{OP}^2 +\overline{OQ}^2 - 2 \left(\overline{OP}\cdot {\overline{OQ} cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 1^2 +1^2 - 2 \left(1\cdot {1 cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)

그리고

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:cos \left({ \alpha-\beta} \right)= \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

삼각함수의 덧셈정리이다.

2. 1. 유도 과정



원과 그 원의 중심점에 한점을 두는 삼각형을 예약하고,[2]

두 점 사이의 거리에서,

:l = \sqrt {({x_2}-{x_1})^2+({y_2}-{y_1})^2}이므로,

:P= (cos \; \alpha, sin \; \alpha) \;\; , \;\; Q= (cos \beta, sin \beta)

:\overline{PQ}^2= (cos \beta - cos \; \alpha )^2 + ( sin \beta - sin \; \alpha)^2

:= \left ( (cos \beta - cos \; \alpha ) \cdot (cos \beta - cos \; \alpha ) \right) + \left( ( sin \beta - sin \; \alpha) \cdot (- sin \beta - sin \; \alpha) \right)

:= \left ( (cos \beta)^2 - 2cos \alpha cos \beta + (cos \; \alpha)^2 \right) + \left( ( sin \beta)^2 -2 sin\alpha sin \beta + (sin \alpha)^2 \right)

:= (cos \beta)^2 + (cos \; \alpha)^2 + ( sin \beta)^2 + (sin \alpha)^2 - 2cos \alpha cos \beta -2 sin\alpha sin \beta

:= (cos^2 \beta + cos \; \alpha^2 ) + ( sin^2 \beta + sin^2 \alpha ) - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

그리고 삼각 함수 항등식의 피타고라스 정리에서,

: \sin^2{x} + \cos^2{x} = 1

따라서,

:= 1 + 1 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

한편,

이것은, 제2코사인법칙에서

:\overline{PQ}^2= \overline{OP}^2 +\overline{OQ}^2 - 2 \left(\overline{OP}\cdot {\overline{OQ} cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 1^2 +1^2 - 2 \left(1\cdot {1 cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)

그리고

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:cos \left({ \alpha-\beta} \right)= \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

삼각함수의 덧셈정리이다.

2. 1. 1. 두 점 사이의 거리를 이용한 유도



원과 그 원의 중심점에 한점을 두는 삼각형을 예약하고,[2]

두 점 사이의 거리에서,

:l = \sqrt {({x_2}-{x_1})^2+({y_2}-{y_1})^2}이므로,

:P= (cos \; \alpha, sin \; \alpha) \;\; , \;\; Q= (cos \beta, sin \beta)

:\overline{PQ}^2= (cos \beta - cos \; \alpha )^2 + ( sin \beta - sin \; \alpha)^2

:= \left ( (cos \beta - cos \; \alpha ) \cdot (cos \beta - cos \; \alpha ) \right) + \left( ( sin \beta - sin \; \alpha) \cdot (- sin \beta - sin \; \alpha) \right)

:= \left ( (cos \beta)^2 - 2cos \alpha cos \beta + (cos \; \alpha)^2 \right) + \left( ( sin \beta)^2 -2 sin\alpha sin \beta + (sin \alpha)^2 \right)

:= (cos \beta)^2 + (cos \; \alpha)^2 + ( sin \beta)^2 + (sin \alpha)^2 - 2cos \alpha cos \beta -2 sin\alpha sin \beta

:= (cos^2 \beta + cos \; \alpha^2 ) + ( sin^2 \beta + sin^2 \alpha ) - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

그리고 삼각 함수 항등식의 피타고라스 정리에서,

: \sin^2{x} + \cos^2{x} = 1

따라서,

:= 1 + 1 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

한편,

이것은, 제2코사인법칙에서

:\overline{PQ}^2= \overline{OP}^2 +\overline{OQ}^2 - 2 \left(\overline{OP}\cdot {\overline{OQ} cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 1^2 +1^2 - 2 \left(1\cdot {1 cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)

그리고

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:cos \left({ \alpha-\beta} \right)= \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

삼각함수의 덧셈정리이다.

2. 1. 2. 제2 코사인 법칙을 이용한 유도



원과 그 원의 중심점에 한 점을 두는 삼각형을 예약하고,[2]

두 점 사이의 거리에서,

:l = \sqrt {({x_2}-{x_1})^2+({y_2}-{y_1})^2}이므로,

:P= (cos \; \alpha, sin \; \alpha) \;\; , \;\; Q= (cos \beta, sin \beta)

:\overline{PQ}^2= (cos \beta - cos \; \alpha )^2 + ( sin \beta - sin \; \alpha)^2

:= \left ( (cos \beta - cos \; \alpha ) \cdot (cos \beta - cos \; \alpha ) \right) + \left( ( sin \beta - sin \; \alpha) \cdot (- sin \beta - sin \; \alpha) \right)

:= \left ( (cos \beta)^2 - 2cos \alpha cos \beta + (cos \; \alpha)^2 \right) + \left( ( sin \beta)^2 -2 sin\alpha sin \beta + (sin \alpha)^2 \right)

:= (cos \beta)^2 + (cos \; \alpha)^2 + ( sin \beta)^2 + (sin \alpha)^2 - 2cos \alpha cos \beta -2 sin\alpha sin \beta

:= (cos^2 \beta + cos \; \alpha^2 ) + ( sin^2 \beta + sin^2 \alpha ) - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

그리고 삼각 함수 항등식의 피타고라스 정리에서,

: \sin^2{x} + \cos^2{x} = 1

따라서,

:= 1 + 1 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

한편,

이것은, 제2코사인법칙에서

:\overline{PQ}^2= \overline{OP}^2 +\overline{OQ}^2 - 2 \left(\overline{OP}\cdot {\overline{OQ} cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 1^2 +1^2 - 2 \left(1\cdot {1 cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)

그리고

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:cos \left({ \alpha-\beta} \right)= \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

삼각함수의 덧셈정리이다.

2. 1. 3. 기하학적 증명



원과 그 원의 중심점에 한점을 두는 삼각형을 예약하고,[2]

두 점 사이의 거리에서,

:l = \sqrt {({x_2}-{x_1})^2+({y_2}-{y_1})^2}이므로,

:P= (cos \; \alpha, sin \; \alpha) \;\; , \;\; Q= (cos \beta, sin \beta)

:\overline{PQ}^2= (cos \beta - cos \; \alpha )^2 + ( sin \beta - sin \; \alpha)^2

:= \left ( (cos \beta - cos \; \alpha ) \cdot (cos \beta - cos \; \alpha ) \right) + \left( ( sin \beta - sin \; \alpha) \cdot (- sin \beta - sin \; \alpha) \right)

:= \left ( (cos \beta)^2 - 2cos \alpha cos \beta + (cos \; \alpha)^2 \right) + \left( ( sin \beta)^2 -2 sin\alpha sin \beta + (sin \alpha)^2 \right)

:= (cos \beta)^2 + (cos \; \alpha)^2 + ( sin \beta)^2 + (sin \alpha)^2 - 2cos \alpha cos \beta -2 sin\alpha sin \beta

:= (cos^2 \beta + cos \; \alpha^2 ) + ( sin^2 \beta + sin^2 \alpha ) - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

그리고 삼각 함수 항등식의 피타고라스 정리에서,

: \sin^2{x} + \cos^2{x} = 1

따라서,

:= 1 + 1 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

한편,

이것은, 제2코사인법칙에서

:\overline{PQ}^2= \overline{OP}^2 +\overline{OQ}^2 - 2 \left(\overline{OP}\cdot {\overline{OQ} cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 1^2 +1^2 - 2 \left(1\cdot {1 cos (\alpha-\beta)} \right)

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)

그리고

:\overline{PQ}^2= 2 - 2 \left({ cos (\alpha-\beta)} \right)= 2 - 2 \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

:cos \left({ \alpha-\beta} \right)= \left( cos \alpha cos \beta + sin\alpha sin \beta \right)

삼각함수의 덧셈정리이다.

2. 2. 공식 목록

3. 덧셈정리의 활용

3. 1. 삼각함수 계산

3. 2. 삼각함수 방정식 및 부등식

3. 3. 물리학에서의 활용

3. 4. 공학에서의 활용

4. 역사

참조

[1] 서적 유클리드 기하학원론 2권 법칙8 http://www.gutenberg[...] 구텐베르크 프로젝트
[2] 서적 유클리드 기하학 원론 3권 법칙3 http://www.gutenberg[...] 구텐베르크 프로젝트, John Casey



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