수학여정 - 문제 분석 리포트

2023년 9월 학력평가 고1 수학 5번 풀이 해설 [이해용/실전용]
문제의 분류공통수학1 · 복소수 / 분모의 실수화 / 복소수가 서로 같을 조건
난이도

🔍 이해용 풀이

문제
5. 등식 21i=a+bi를 만족시키는 두 실수 a,b에 대하여 a+b의 값은? (단, i=1) [3점]
① -2    ② -1    ③ 0    ④ 1    ⑤ 2

1. 문제의 요지

이 문제는 복소수의 분모를 실수화하여 복소수가 서로 같을 조건을 이용해 미지수를 구할 수 있는지를 묻는 문제입니다.

2. 주어진 조건

- 21i=a+bi
- a,b는 실수
- i=1

3. 풀이의 순서

이 문제는 분모의 실수화를 통해 좌변을 a+bi 꼴로 정리한 후, 복소수가 서로 같을 조건을 이용하는 방법으로 풀이합니다.

구체적 풀이 순서는 다음과 같아요.

step1. 분모와 분자에 분모의 켤레복소수를 곱하여 좌변을 실수화합니다.

step2. 복소수가 서로 같을 조건을 이용하여 실수 a,b의 값을 구합니다.

step3. 구한 a,b를 더하여 최종 답을 계산합니다.

4. 풀이의 도구

- 분모의 실수화 : 분모가 c+di (c,d는 실수, d0) 꼴일 때, 분모와 분자에 켤레복소수 cdi를 곱하여 분모를 실수 c2+d2으로 만드는 과정입니다.

- 복소수가 서로 같을 조건 : 두 실수 a,b,c,d에 대하여 a+bi=c+di 이면 a=c 이고 b=d 입니다.

5. 구체적 풀이

분모에 허수 i가 있으면 실수 부분과 허수 부분을 바로 비교하기 어렵습니다. 따라서 가장 먼저 해야 할 일은 분모를 실수로 바꾸는 '분모의 실수화'입니다. 분모의 켤레복소수를 곱해주면 합차 공식에 의해 i2=1이 되어 분모가 깔끔한 실수가 됩니다.

step1. 분모의 실수화

좌변의 분모인 1i를 실수로 만들기 위해, 분모와 분자에 1i의 켤레복소수인 1+i를 곱해줍니다.

분모와 분자에 분모의 켤레복소수를 곱하여 분모를 실수로 만드는 것이 문제 해결의 첫걸음입니다.

21i=2(1+i)(1i)(1+i)

분모를 전개하면 합차 공식 (xy)(x+y)=x2y2에 의해 다음과 같이 계산됩니다.

(1i)(1+i)=12i2

i2=1이므로 12i2=1(1)=2가 됩니다. 부호 계산에 주의하세요.

따라서 식은 2(1+i)2 가 되고, 분모와 분자의 2를 약분하면 1+i 가 됩니다.

step2. 복소수가 서로 같을 조건 적용

단계 1에서 좌변을 정리한 결과가 1+i이므로, 주어진 등식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

1+i=a+bi

문제에서 a,b가 실수라고 했으므로, 복소수가 서로 같을 조건에 의해 실수 부분은 실수 부분끼리, 허수 부분은 허수 부분끼리 같아야 합니다.

따라서 a=1, b=1이 됩니다.

step3. a+b의 값 계산

구하고자 하는 값은 a+b이므로, 앞서 구한 ab의 값을 대입하여 더해줍니다.

a+b=1+1=2

따라서 정답은 2입니다.

[정답] ⑤

⚡ 실전용 풀이

step1. 분모의 실수화

21i=2(1+i)(1i)(1+i)

=2(1+i)12i2

=2(1+i)1(1)   --- i2=1이므로

=2(1+i)2

=1+i

step2. 복소수가 서로 같을 조건 적용

1+i=a+bi

a=1,b=1   --- a,b는 실수이므로

step3. a+b의 값 계산

a+b=1+1=2

🎯 막힌 이유와 돌파구

🔒 막힌 이유

분모에 허수 i가 있을 때 어떻게 처리해야 할지 몰라 식을 변형하지 못할 수 있습니다.

🔑 돌파구

분모와 분자에 분모의 켤레복소수를 곱하여 분모를 실수로 만드는 '분모의 실수화'를 먼저 떠올려 보세요.
합차 공식을 이용하면 분모의 허수 부분이 사라집니다.

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