[수학] 합동과 대칭 – 선대칭도형과 점대칭도형 총정리

데칼코마니가 무슨 말인지 아시나요? 도화지 절반에 물감을 칠해놓고 접으면 양 쪽이 대칭을 이루는 문양이 나타납니다. 미술 작품으로써 한 번쯤 만들어보거나 본 적이 있으실 겁니다. 이 개념이 수학에 있어서는 선대칭도형인데요. 직관적으로 이해하기 쉬운 선대칭도형과, 비교적 조금 더 이해가 필요한 점대칭도형에 대해 공부해보겠습니다.

선대칭도형과 점대칭도형 사진

선대칭도형과 점대칭도형

선대칭도형

한 직선을 따라 접었을 때 완전히 겹치는 도형을 선대칭도형이라고 합니다.

이 때 그 직선을 대칭축이라고 부릅니다.

대칭축을 따라 접었을 때 겹치는 점을 대응점, 겹치는 변을 대응변, 겹치는 각을 대응각이라 합니다.

대칭축을 기준으로 도형을 반으로 나누었을 때, 두 도형은 서로 합동입니다. 대칭축의 양 옆이 한 번 뒤집기하면 완전히 겹쳐지는 모양이죠. 또는 종이접기를 떠올렸을 때 접는 선, 즉 대칭축을 기준으로 접으면 완전히 겹쳐집니다. 그 때 맞닿는 점, 변, 각을 대응점, 대응변, 대응각이라고 정의할 수 있습니다.

대칭축의 개수

선대칭도형에서 대칭축의 개수는 어떻게 알 수 있을까요? 밑의 보기의 도형들의 대칭축의 개수를 직접 그리고 세어보세요.

대칭축 예시 사진

대부분의 각이 많지 않은 평면 도형에서 대칭축의 개수는 0개~4개로 결정지어집니다. 그러나 예외인 경우도 있습니다. 위 그림에 대칭축을 그려보겠습니다.

대칭축 예시 정답 사진

다음과 같이 그어볼 수 있습니다. 그림과 같이 직사각형은 2개, 이등변삼각형은 2개, 정사각형은 4개, 원은 셀 수 없이 많이 그릴 수 있습니다. 여기서 눈여겨볼 만한 부분은, 직사각형을 대각선으로 접어도 겹쳐지지 않기 때문에 가로 세로의 길이가 다른 직사각형의 대각선은 대칭축이 될 수 없다는 것과, 정사각형은 대칭축이 4개라는 점입니다. 또 원에서는 원의 중심을 지나는 선분이라면 모두 대칭축이 될 수 있기 때문에, 대칭축은 셀 수 없이 많다는 점 꼭 기억해야겠습니다. 추가적으로 타원의 경우는 대칭축이 직사각형과 같은 원리로 2개가 됩니다.

선대칭도형의 성질

선대칭인 도형은 대칭축을 기준으로 뒤집었을 때 완전히 겹치기 때문에, 서로 합동인 도형에서 볼 수 있었던 성질이 동일하게 나타납니다. 바로 대응점, 대응변, 대응각인데요. 아래 그림과 같이 대응하는 점, 변, 각은 모두 그 수치가 같습니다.

합동의 성질 사진
서로 합동인 도형의 성질
선대칭도형의 성질
선대칭인 도형의 성질

점대칭도형

한 도형을 어떤 점을 중심으로 180° 돌렸을 때 처음 도형과 완전히 겹치면 이 도형을 점대칭도형이라고 합니다. 이때 그 점을 대칭의 중심이라고 합니다. 대칭의 중심을 중심으로 180° 돌렸을 때 겹치는 점을 대응점, 겹치는 변을 대응변, 겹치는 각을 대응각이라고 합니다. 새로 배우는 개념으로 대칭의 중심이 있는데, 대응점끼리 이은 선분이 만나는 점을 의미합니다.

모든 도형은 360° 회전하였을 때 원래의 모양과 같게 됩니다. 180°만 회전하였을 때는 시계 방향으로 돌리든 반시계 방향으로 돌리든, 물구나무 서기를 한 상태에서 보는 시야로 보입니다. 그렇게 봤을 때 원래의 모양과 같은 도형이라고 이해하셔도 좋습니다.

점대칭도형 사진

점대칭도형의 성질

전에 배웠던 합동, 선대칭도형과 마찬가지로 대응점, 대응변, 대응각의 개념이 있습니다. 이 부분에 대해서는맥락적으로 같은 의미이므로 설명은 생략하겠습니다. 대칭의 중심은 선대칭도형에서의 대칭축에 대응하는 말로, 의미는 조금 다릅니다. 즉 전자에서는 대칭축, 즉 선분을 기준으로 두 부분을 접으면 합동이 됩니다. 반면 후자에서는 선분이 아닌 이 기준점이 됩니다.

대응점을 이은 선분은 대칭의 중심을 통해 정확히 둘로 나누어집니다. 따라서 점대칭도형을 그릴 때 절반이 그려져 있다면, 남은 부분을 그리는 과정은 선대칭과 유사점이 있습니다. 위의 그림을 참고하면서 점대칭을 완성하는 단계를 따라해 보세요.

  1. 한 점에서 대칭의 중심까지 선을 그어줍니다.
  2. 같은 방향과 길이만큼 더 간 곳에 대응점을 찍어줍니다.
  3. 모든 대응점을 그린 후 점끼리 이어주면 점대칭도형이 완성됩니다.

보통 모눈종이에 그림을 그리게 되는데, 상하좌우의 칸 수를 정확하게 세서 점을 먼저 찍은 다음 선분을 그어주는 것이 정확하게 도형을 완성하기 좋습니다.

선대칭도형 점대칭도형 문제

1) 변ㄱㄴ을 대칭축으로 하는 선대칭도형을 완성시켜보세요.

선대칭도형 문제 사진

2) 다음 점대칭도형에서 A, B의 값을 구하세요.

점대칭도형 문제 사진

정답 및 해설)

1)

선대칭도형 문제 정답 및 해설 사진

1번 문제의 정답은 왼쪽 그림과 같습니다. 대칭축을 기준으로 좌우를 거울처럼 대칭시켜 그려주면 됩니다. 이 때 그림을 정확하게 그리기 위한 방법이 있는데요. 오른쪽 그림을 참조하여 다음과 같은 순서를 따라주세요.

  1. 대칭축에서 왼쪽 점들이 몇 칸씩 떨어져 있는지 센다.
  2. 반대쪽 공간에 같은 칸 수 만큼 대응점을 찍어준다.
  3. 찍어준 점들을 이어 선대칭도형을 완성시킨다.

2) A: 19 B: 35°

점대칭도형의 성질을 안다면 매우 간단한 문제입니다. A, 즉 변AB의 길이는 대응변인 변ㄹㄷ과 같습니다. 따라서 19입니다. 각ㄴㄱㄹ를 의미하는 B를 구하기 위해서는 약간의 추가적인 지식이 필요합니다.

  1. 대응각의 크기는 서로 같다.
  2. 사각형 내각의 합은 360°이다.

각ㄱㄴㄷ의 크기가 145°이므로 대응각인 각ㄱㄹㄷ의 크기도 145°입니다. 사각형 내각의 합은 360°이므로 앞의 두 각의 크기를 빼면 360 – 145 – 145= 70, 즉 남은 두 각의 크기의 합은 70°임을 알 수 있습니다. 그런데 남은 두 각도 서로 대응각의 관계기 때문에, B의 크기는 70 ÷ 2 = 35임을 구할 수 있습니다.


지난 시간에 배웠던 합동과 유사한 부분이 많았습니다. 합동의 개념을 바탕으로 대칭 도형을 받아들이되, 새로 나온 개념인 대칭축, 선대칭, 점대칭이 무엇인지 정확한 정의를 통한 이해가 필요하겠습니다.

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