세상의 모든 것은 수로 표현된다. 사과 3개, 친구 5명, 나이 7살… 수를 알면 세상을 읽을 수 있다. 랍비들은 말했다: "숫자를 모르는 사람은 눈을 감고 시장을 걷는 것과 같다."
- 수(數)는 양을 나타내는 추상적 개념, 숫자는 수를 표현하는 기호(1,2,3…)
- 1~9: 한 자리 수 / 10~99: 두 자리 수(십의 자리 + 일의 자리) / 100: 세 자리의 시작
- 수직선: 수의 순서와 크기를 한눈에 보여주는 도구
- 홀수(1,3,5…)와 짝수(2,4,6…): 둘씩 나뉘는지 아닌지
덧셈은 "합치는 것", 뺄셈은 "나누거나 떠나는 것"이다. 시장에서 거스름돈을 계산하고, 친구와 사탕을 나눌 때 매일 쓰인다. 탈무드에서는 수학을 "정직한 언어"라고 불렀다 — 더하거나 빼도 진실은 변하지 않는다.
- 덧셈(+): 두 수를 합치는 연산 → 3+4=7 (3개와 4개를 한 묶음으로)
- 뺄셈(−): 전체에서 일부를 제거하는 연산 → 7−3=4
- 덧셈의 교환법칙: 3+5=5+3 (순서를 바꿔도 결과 같음)
- 덧셈과 뺄셈은 역연산: 3+4=7 ↔ 7−4=3
같은 수를 여러 번 더하는 것이 귀찮을 때 곱셈이 탄생했다. 3+3+3+3=12보다 3×4=12가 훨씬 빠르다. 고대 유대 상인들은 곱셈으로 상품 가격을 순식간에 계산했다.
- 곱셈 = 같은 수의 반복 덧셈: 3×4 = 3+3+3+3 = 12
- 3×4에서 3=피승수(묶음의 크기), 4=승수(묶음의 수)
- 교환법칙: 3×4 = 4×3 = 12 (묶음 방향만 다를 뿐)
- 구구단은 암기가 아닌 이해: 패턴을 찾아라!
단위가 없으면 소통이 불가능하다. "조금만 잘라줘"는 사람마다 다르다. 고대에는 팔뚝(규빗)으로 재다 보니 왕의 팔뚝과 백성의 팔뚝이 달라 혼란이 생겼다. 표준 단위는 공정한 사회의 기반이다.
- 1cm = 엄지손가락 너비 정도 / 1m = 100cm
- 자(ruler)로 재기: 눈금의 0에 물체의 한쪽 끝을 맞춤
- 어림하기: 정확하지 않아도 "약 몇 cm"라고 추정하는 능력
- 실생활 단위: 연필 약 17cm, 교실 문 약 200cm(=2m)
나눗셈은 "공평하게 나누는 것"이다. 탈무드는 공평한 분배를 정의(正義)의 근본으로 보았다. 12개의 빵을 4명이 공평하게 나누면? 나눗셈이 없으면 분쟁이 생긴다.
- 등분제: 12÷4=3 (12개를 4명에게 똑같이 나누면 1인당 3개)
- 포함제: 12÷4=3 (12개를 4개씩 묶으면 3묶음)
- 나머지: 13÷4=3…1 (4개씩 3묶음 후 1개 남음)
- 나눗셈 = 곱셈의 역연산: 12÷4=3 ↔ 3×4=12
1보다 작은 부분을 표현해야 할 때 분수가 탄생했다. 피자 반 조각, 물 3분의 2컵… 분수 없이는 정밀한 요리도, 공정한 분배도 불가능하다. 고대 이집트인들도 분수를 사용했다.
- 분수: 전체를 똑같이 나눈 것의 일부 → 1/4 = 4등분 중 1개
- 분모(아래): 전체를 몇 등분했는가 / 분자(위): 그중 몇 개
- 단위분수: 분자가 1인 분수 (1/2, 1/3, 1/4…)
- 크기비교: 분모가 같으면 분자가 클수록 크다 (3/5 > 2/5)
국가 예산은 수백조 원, 지구에서 태양까지는 약 1억 5천만km. 큰 수를 이해해야 뉴스를 읽고 세상을 이해할 수 있다. 탈무드는 "숫자를 알면 세상의 크기를 안다"고 했다.
- 만(10,000) = 1,0000 / 억(100,000,000) = 1,0000,0000 / 조 = 1,0000,0000,0000
- 한국식 4자리 단위 vs 서양식 3자리 단위(thousand, million, billion)
- 자릿값: 숫자의 위치에 따라 값이 다름 → 325에서 3은 300을 의미
- 수 읽기: 3,241,567 = 삼백이십사만 천오백육십칠
건물을 짓고, 다리를 놓고, 피라미드를 세우는 데 모두 각도가 필요했다. 솔로몬의 성전을 짓는 데도 정밀한 각도 계산이 사용됐다. 각도는 "방향"을 수학으로 표현하는 언어다.
- 각: 두 반직선이 만나는 벌어짐의 크기 / 단위: 도(°)
- 직각=90° / 예각<90° / 둔각>90° / 평각=180°
- 삼각형 분류: 예각삼각형·직각삼각형·둔각삼각형 (각도 기준)
- 삼각형 세 각의 합 = 항상 180°
12명을 팀으로 나눌 때 몇 명씩 나눌 수 있을까? 두 버스가 각각 4분, 6분마다 오면 언제 동시에 올까? 약수와 배수는 "조직"과 "시간"을 계획하는 수학이다.
- 약수: 어떤 수를 나누어 떨어지게 하는 수 → 12의 약수: 1,2,3,4,6,12
- 배수: 어떤 수의 정수배 → 4의 배수: 4,8,12,16…
- 최대공약수(GCD): 두 수의 공통 약수 중 가장 큰 것
- 최소공배수(LCM): 두 수의 공통 배수 중 가장 작은 것
- 소인수분해로 GCD/LCM 구하기: 공통 소인수 활용
"30% 할인"은 얼마나 싸진 걸까? "투표율 65%"는 무엇을 의미할까? 비율은 현대 사회에서 가장 많이 쓰이는 수학 개념이다. 주식, 환율, 통계 모두 비율이다.
- 비(比): a:b → a를 b로 나눈 관계
- 비율: a÷b (소수 또는 분수로 표현)
- 백분율(%): 비율×100 → 0.3=30%
- 할인율 적용: 원가×(1−할인율) = 판매가
- 할인 후 금액 = 원가 × (100%−할인율%)/100
바퀴, 파이프, 동전, 피자 — 원은 자연과 인공물 어디에나 있다. π(파이)는 3,000년 전부터 계산되어온 가장 신비로운 수다. 원을 이해하면 우주의 행성 궤도도 이해할 수 있다.
- 원주율 π ≈ 3.14159… (원의 지름과 둘레의 비율, 무한소수)
- 원의 둘레(원주) = 2πr = πd
- 원의 넓이 = πr²
- 왜 πr²인가: 원을 무한히 잘게 잘라 직사각형으로 펴면 가로≈πr, 세로=r
지도에서 1cm가 실제 1km라면 서울-부산은 지도에서 얼마? 요리 레시피를 2인분→4인분으로 늘리는 것도 비례다. 비례는 "관계를 유지하면서 크기를 바꾸는" 수학이다.
- 비례식: a:b = c:d → ad = bc (내항의 곱 = 외항의 곱)
- 전항:후항 = 전항:후항 (같은 비율 유지)
- 비례배분: 전체를 주어진 비로 나누기 → 100을 3:2로 → 60:40
- 정비례: x가 2배 → y도 2배 / 반비례: x가 2배 → y는 1/2배
온도가 영하로 내려가고, 은행 계좌에서 돈이 빠져나가고, 주식이 하락한다. 이 모든 것은 음수로 표현된다. 음수의 발명은 수학 역사의 혁명이었다 — 0 아래의 세계를 수로 표현한 것이다.
- 정수: …−3,−2,−1,0,1,2,3… (음의 정수 + 0 + 양의 정수)
- 유리수: 분수 p/q (q≠0, p·q는 정수)로 나타낼 수 있는 수
- 절댓값 |a|: 수직선에서 0까지의 거리 → |−5|=5, |3|=3
- 음수의 곱셈: (−)×(−)=(+) — 부호 규칙 이해가 핵심!
- 뺄셈→덧셈 변환: a−b = a+(−b)
특정 숫자 하나가 아닌, "어떤 수든 통하는 법칙"을 표현하기 위해 문자를 쓴다. x+x=2x는 1+1=2도, 100+100=200도 모두 표현한다. 문자식은 수학의 언어를 무한히 확장했다.
- 항: 수 또는 문자의 곱으로 이루어진 식의 단위 (3x, −2, 5y²)
- 동류항: 문자와 차수가 같은 항 → 3x와 −5x는 동류항
- 동류항끼리만 덧셈·뺄셈 가능: 3x+5x=8x, 3x+5y≠8xy
- 계수: 문자 앞의 수 → 3x에서 계수=3
- 단항식 × 다항식: 분배법칙 → 3(x+2)=3x+6
"어떤 수에 3을 더하면 10이 된다 — 그 수는?" 이런 질문이 방정식이다. 3,500년 전 이집트 파피루스에도 방정식이 있었다. 방정식은 "모르는 것을 찾는" 가장 체계적인 방법이다.
- 방정식: 미지수를 포함한 등식 (특정 값에서만 참)
- 항등식: 모든 수에서 참인 등식 (2x+2x=4x)
- 이항: 등호 한쪽의 항을 부호를 바꿔 반대쪽으로 이동
- 풀이 원리: 등호 양쪽에 같은 연산 → 등호 유지
- 검산: 구한 값을 원래 방정식에 대입하여 확인
휴대폰 요금은 사용 시간에 따라 일정하게 증가한다. 택시 요금은 거리에 따라 비례한다. 이런 규칙적 변화를 "함수"로 표현한다. 함수는 세상의 변화 패턴을 포착하는 도구다.
- 함수: x값 하나에 y값이 정확히 하나 대응하는 관계
- 일차함수: y=ax+b (a≠0) — 그래프가 직선
- 기울기(a): x가 1 증가할 때 y의 변화량 → 직선의 가파름
- y절편(b): x=0일 때 y값 → 직선과 y축의 교점
- 기울기 = (y의 변화량)/(x의 변화량) = Δy/Δx
건물 설계 도면은 실제의 축소판이다 — 닮음. 두 개의 창문 틀이 정확히 같은지 확인하는 것은 합동. 피타고라스 정리는 직각이 있는 모든 곳에 쓰인다 — GPS, 건축, 항법 모두.
- 합동(≅): 모양과 크기가 완전히 같음 / 합동조건: SSS, SAS, ASA, AAS
- 닮음(∼): 모양은 같고 크기가 다름 / 닮음비: 대응하는 변의 비
- 피타고라스 정리: 직각삼각형에서 a²+b²=c² (c=빗변)
- 피타고라스 수: (3,4,5), (5,12,13), (8,15,17)…
공을 던지면 포물선을 그린다. 다리 케이블의 모양도 포물선. 이 포물선을 수식으로 표현하면 이차함수, 그 방정식이 이차방정식이다. 물리학, 공학의 기초다.
- 이차방정식: ax²+bx+c=0 (a≠0)
- 풀이①인수분해: x²+5x+6=(x+2)(x+3)=0 → x=−2 or −3
- 풀이②완전제곱식: (x+p)²=q → x=−p±√q
- 풀이③근의 공식: x=(−b±√(b²−4ac))/2a
- 판별식 D=b²−4ac: D>0 실근 2개, D=0 중근, D<0 실근 없음
코로나 확산 예측, 선거 여론조사, 보험료 계산, 날씨 예보 — 모두 통계와 확률이다. 데이터의 홍수 시대에 통계를 모르면 정보에 속게 된다. 탈무드는 말했다: "숫자는 거짓말 하지 않지만, 거짓말쟁이는 숫자를 이용한다."
- 도수분포표: 데이터를 계급으로 나눠 빈도 정리
- 평균·중앙값·최빈값: 대표값의 세 가지 — 어떤 상황에 무엇을 쓸까?
- 확률: P(A) = (사건 A가 일어나는 경우 수)/(전체 경우 수)
- 여사건: P(Aᶜ) = 1−P(A)
- 상관관계 ≠ 인과관계: 아이스크림 판매와 익사 사고는 상관있지만 인과 없음
야구공의 궤적, 음속 비행기의 충격파, 위성 안테나의 모양, 현수교 케이블 — 모두 포물선이다. 이차함수는 자연이 가장 사랑하는 곡선을 표현한다.
- 이차함수: y=ax²+bx+c (a≠0) — 그래프가 포물선
- a>0: 아래로 볼록(∪) / a<0: 위로 볼록(∩)
- |a|가 클수록 더 좁은 포물선
- 꼭짓점 공식: x=−b/2a, 대입하여 y값 계산
- 표준형: y=a(x−p)²+q → 꼭짓점 (p,q), 축: x=p
📝 중1 수학 시험
정수와 유리수 · 문자와 식 · 일차방정식 | 총 15문제
📝 중2 수학 시험
일차함수 · 연립방정식 · 도형(합동·닮음·피타고라스) | 총 15문제
📝 중3 수학 시험
이차방정식 · 이차함수 · 통계와 확률 | 총 15문제