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[흥미돋]문과도 쉽게 이해 할 수 있다는 수학역설

작성자세차|작성시간24.11.14|조회수5,205 목록 댓글 17

출처: https://www.fmkorea.com/7689860560

 

 

 

2개의 크기 다른 원이 있음

 

 

겹쳐놓고 1바퀴 굴림

 

 



원주(원의 둘레) 공식은 2 x 파이 x 반지름이니 

 

 

큰 원이 굴러간 거리는 4파이임

 

점A은 1바퀴 굴러서 점B까지 도착

 

큰 원은 딱 자기 둘레만큼 1바퀴 돌았으니

 

굴러간 거리 = 원주가 됨

 

 

 

 




근데 생각해보면 작은원도 1바퀴 굴러갔으닌까 

 

원주만큼 굴러간거 아닌가?

 

작은 원과 큰 원은 굴러간 거리인 

 

CD AB는 같은 길이니

 

결국 작은 원과 큰 원의 원주는 같다고 볼 수 있음

 

 

 

 

?

 

 

 

 

 



 

이게 아리스토텔레스의 원주역설(바퀴역설)

 

 

 

 

 

 

 

뭔가 이해가 잘 안되는데 

 

반박은 못하겠는 찝찝함이 남음

 

 

 

 

 



 

 

결과적으론 이는 틀린 이해방식임

 



우리가 중점으로 생각하는 이동거리는 

 

원의 줌심을 기준으로 이동한 거리임

 

ㄱ에서 ㄱ까지 간 거리만을 생각해서 오류가 발생한 것

 

ㄴ과 ㄷ의 이동경로는 살짝 다름

 



큰 원에 속한 ㄷ의 이동거리는 ㄴ의 이동거리보다 길고 

두 점의 이동속도도 다름

 



이러한 점의 이동루트를 사이클로이드 곡선이라 부르는데

 

큰 점과 작은 점의 곡선길이가 다르다는 것을 인지해야됨

 

 

 

문제는 이게 원이라서 이해가 안될 수 있는데

 

사각형으로 보면 바로 이해됨

 



큰 사각형은 이동하는 경로마다 바닥에 밀착되어 있음

 

고로 큰 사각형의 둘레는 바닥의 이동거리와 같음

 



근데 작은 사각형은 뭔가 이상함

 

서로 붙어있지않고 뛰엄뛰엄 굴러가는데

 

사각형의 4면이 바닥을 전부 못채우고 있음

 

결국 바닥의 이동거리 =/= 작은사각형의 둘레인 것

 

사람들은 이를 점프 한다고 말함

 

점프하는 구간이 존재하니 큰 것과 작은 것의 차이도 존재한다는 것

 

 



사각형이 원이되면 원리는 똑같지만 

 

점프하는 구간이 연속적이라서

 

이해하기 조금 어려운 것뿐임

 

 

 

 

 

 

여기서 가장 중요한 부분은

 

 

 

 

현재 이 글을 읽는 문과는 이해완료 됐다는점 

 

 

 

 

 

 

 

 

다음껀 좀 더 이해하기 쉬움

 

 

 





 

이 문제는 1982년 미국 수능에 나온 문제임

 

 

 

작은 원이 큰 원의 둘레를 따라 굴러감

 

작은 원은 몇바퀴 굴렀을까?

 



 

작은 원의 둘레는 2파이 임

 

큰 원의 둘레는 6파이 임

 

 

 

 

6파이 / 2파이 = 3 이니

 

작은 원은 큰 원을 3번만 돌면 도착함

 

 

 

 



 

정답은 B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

틀렸음

 

 

 

 

저 문제의 정답은 

 

없다는게 정답임 (정답률0% 문제)

 

그 당시 출제위원들도 3바퀴라 생각하고 문제를 냈는데 

 

생각해보니 아니라서 문제 자체를 무효처리함

 

 

 

왜 틀렸을까?

 

 

중요한건 원이 굴러갈때 자기 자신도 굴러간다는 점

 

 



 

 

 

간단하게 동전 2개를 붙혀넣고 돌려보면



같은 둘레지만 2바퀴를 도는걸 알 수 있음

 

 

이 동전의 회전은 2가지 관점에서 볼 수 있는데

 

중앙 동전의 시점으로 본다면 

 

돌고있는 동전은 자기 둘레만큼 

 

딱 1바퀴만 도는게 보임

 

한 번 머리를 돌리던가 폰을 돌려보셈 

 

반대로 제3자의 시점에서 본다면 

 

저 동전은 2바퀴를 도는걸로 보임

 

 

 

 

이러한 현상은 


위 원주역설에서 알 수 있다시피 

 

실질적으로 원의 이동거리가 길기 때문에 발생하는걸로도 볼 수 있음

 

외각의 원은 반지름 2R 에 맞춰서 움직이기 때문에 

 

2바퀴인 4파이r 만큼 움직이는 셈

 

 

 



 

아니면 2개가 맞물려서 회전한다고 생각해도 됨

 

접하는 부분을 기준으로 동전 1개가 도는게 아닌

 

2개의 동전이 동시에 돈다고 생각한다면 

 

고작 반바퀴만 돌았는데

 

1바퀴가 돈거랑 같은 효과를 보는걸 알 수 있음

 

사실상 동시에 반바퀴씩 돌았는데 

 

보이기로는 1개동전이 몰빵당해서 1바퀴 돈걸로 취급된 것

 

 

 

 

아니면 진짜 간단하게 이동거리가 아예 제로인 상황을 보면

 

큰 원과 접하는 부분을 기준으로 작은 원이 회전을 함

 









 

이때 작은 원은 이동거리가 제로인데도

 

필연적으로 1바퀴를 돌아야 된다고 보면됨

 

 

 

결국 원을 따라 원이 굴러갈땐 

 

+1바퀴가 된다는것을 인지해야됨

 

 



 

결국 이 문제의 답은

 

3 + 1 바퀴인 4바퀴가 정답임

 

 

 

결국

 

관점에 따라 직선으로 볼때와

 

제3의 입장에서 볼땐 다르다는 것을 알 수 있음

 

 

 

 

https://youtu.be/V7QcsrpRZhA?si=U8h80S6hRy4aouzB 

두번째 문제의 베리타시움 영상 해설

 

 

 

 

 

 

 

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댓글

댓글 리스트
  • 작성자마늘케이크 | 작성시간 24.11.14 왜 굴리냐고오오오오
  • 작성자제한된프로필 | 작성시간 24.11.14 뺑긇,,.,,뺑긇, ,, ,,.
  • 작성자맡아봐가을이야 | 작성시간 24.11.14 제가 굴렀나요?
  • 작성자46일 | 작성시간 24.11.14 그럼 b가 a 주변을 돌아도 1바퀴 추가해서 1/3+1해서 4/3바퀴야...?
  • 작성자고앵침방울 | 작성시간 24.11.14 수학도모자라서 이제 국어도못하네..
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