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마북동고3수학과외

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투영 평면이 달라지면 정사영 길이도 달라진다

마북동에서 구성고등학교에 다니는 고3 학생은 귀가 후 공간도형 문제를 풀 때, 전날 계산한 정사영 길이를 다음 문제에도 그대로 적용하는 습관이 있었다. 특히 투영 평면이 바뀌었는데도 같은 길이를 쓰는 오류가 반복되었다.

직선의 방향과 평면의 방향을 함께 확인하기

점 \(A(0,0,0)\), \(B(5,12,0)\)을 잇는 선분의 방향벡터는

\(\overrightarrow{AB}=(5,12,0)\)

실제 선분의 길이는

\[ |AB|=\sqrt{5^2+12^2}=13 \]

이를 \(xy\)평면에 정사영하면 \(z\)좌표가 사라지므로 정사영 벡터는 \((5,12,0)\)이고 길이는 \(13\)이다. 반면 \(xz\)평면에 정사영하면 \(y\)좌표가 사라져 벡터가 \((5,0,0)\)으로 바뀐다.

\[ \left|\operatorname{proj}_{xz}\overrightarrow{AB}\right| =\sqrt{5^2}=5 \]

따라서 투영 평면에 따라 정사영 길이는 \(13\)과 \(5\)로 달라진다. 평면의 법선벡터를 이용하면 같은 결과를 확인할 수 있다.

\[ |\operatorname{proj}_{P}\mathbf v| =\sqrt{|\mathbf v|^2-\frac{(\mathbf v\cdot\mathbf n)^2}{|\mathbf n|^2}} \]

\(xz\)평면의 법선벡터는 \(\mathbf n=(0,1,0)\)이므로

\[ \sqrt{13^2-\frac{(5,12,0)\cdot(0,1,0)^2}{1}} =\sqrt{169-144}=5 \]

오답 줄을 표시하고 조건을 다시 대입하기

오답: \(xy\)평면에서 정사영 길이가 \(13\)이므로 \(xz\)평면에서도 정사영 길이는 \(13\)이다.

이 식은 투영 평면이 바뀌었는데도 좌표 성분을 바꾸지 않은 오답이다. \(xy\)평면에서는 \(x,y\)방향 성분을 남기지만, \(xz\)평면에서는 \(x,z\)방향 성분만 남긴다는 조건을 확인해야 한다.

학생은 틀린 줄에 표시한 뒤 다음처럼 식을 교체했다.

\[ xz\text{평면 정사영 벡터}=(5,0,0),\qquad \text{정사영 길이}=5 \]

원래 길이 \(13\)보다 작거나 같다는 정사영의 기본 성질도 확인하고, \(\sqrt{5^2}=5\)를 다시 계산했다. \(xy\)평면에서의 \(13\)과 \(xz\)평면에서의 \(5\)를 비교해 평면 조건이 결과를 바꾸는지 검산했다.

조건을 바꾼 독립 검증

새 선분 \(C(2,-1,4)\), \(D(8,7,4)\)를 생각하면

\[ \overrightarrow{CD}=(6,8,0),\qquad |CD|=10 \]

이번에는 투영 평면 후보를 \(xy\)평면과 \(xz\)평면으로 두고, 정사영 길이가 \(7\) 이상 \(11\) 이하인 경우만 남긴다.

  • \(xy\)평면: \((6,8,0)\), 정사영 길이 \(10\) → 가능
  • \(xz\)평면: \((6,0,0)\), 정사영 길이 \(6\) → \(7\leq6\leq11\)을 만족하지 않으므로 제외

즉 제외값을 \((6)\)으로 묶고, 대표값 \(10\)과 \(6\)을 각각 대입해 확인하면 투영 평면이 달라질 때 같은 결론을 사용할 수 없다는 사실이 드러난다. 학생은 이제 계산 전에 먼저 선분의 방향벡터와 투영 평면의 좌표 조건을 확인한다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

마북동에서 수학 과외를 시작한 뒤, 저녁마다 책상 앞에서 한숨 쉬던 아이가 숙제량이 많으면 먼저 선생님께 말하기 시작했습니다. 시험 전 마지막 주말에도 모르는 문제를 그냥 넘기지 않고 질문했고, 선생님은 답부터 알려주기보다 왜 궁금했는지 차분히 들어주며 이해할 때까지 속도를 맞춰 주셨습니다. 공부를 대하는 마음이 조금 편안해진 모습이 가장 반가웠습니다.

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질문이 편해진 수업

학기 초 마북동에서 수업을 시작한 뒤 아이와 수업 이야기를 나눠 보니, 예전처럼 어려운 문제 하나를 붙잡고 막막해하기보다 선생님 설명을 들으며 다시 풀어 보려는 모습이 보였습니다. 학교 진도가 늦어진 때에도 무리하게 앞서가지 않고 현재 범위의 숙제와 복습을 꼼꼼히 챙겨 주셨고, 아이가 이해했는지 확인하며 속도를 조절해 주셔서 안심됐습니다. 첫 시험 기간에도 계획을 현실적으로 조정해 주신 덕분에 수학에 대한 부담보다 모르는 것을 하나씩 해결하려는 태도가 커졌습니다.

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먼저 묻게 된 변화

수업이 끝나면 바로 쉬기 바빴던 아이가 요즘은 책상에 앉아 숙제부터 시작해 부모로서 놀랐습니다. 마북동에서 수업을 받은 뒤 틀린 문제도 정답만 확인하지 않고, 어디서 생각이 달라졌는지 돌아보며 마지막 한 문제는 질문할 내용을 정리해 둡니다. 수업 중 궁금했던 이야기를 먼저 꺼내는 모습도 자연스럽게 늘었습니다.

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모르는 걸 말하는 힘

마북동에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 숙제할 때 답지부터 찾는 일이 조금씩 줄었습니다. 컨디션이 좋지 않은 날에는 선생님께서 문제 수를 조절하고 핵심만 짚어 주셔서, 아이도 무리하지 않고 답지를 덮은 채 다시 풀어 보려 했습니다. 이제는 모르는 부분을 설명해 달라고 먼저 말하는 모습이 보여 성적보다 수업을 대하는 태도의 변화가 반갑습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

시험이 끝난 주말, 아이가 먼저 책상에 앉아 틀린 문제를 다시 펼쳐 보는 모습이 인상적이었습니다. 마북동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 모르는 문제를 그냥 넘기고 설명을 다시 부탁하는 일도 드물었는데, 선생님은 답만 고치기보다 처음 막힌 부분을 함께 찾아주셨습니다. 시험기간에는 수업에서 배운 내용을 부모에게 먼저 이야기할 만큼 질문하는 태도와 공부 습관이 조금씩 달라졌습니다.

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