본문/내용
이차곡면의 특성 및 실생활에서의 활용 방안 연구
연구 동기 및 목적
우리는 수학Ⅱ시간에 이차곡선을 배우다가 이차곡선의 개념을 확장시킨 것인 이차곡면에 대해 들었습니다. 그리고 이차곡면의 성질들이 실생활에 유용하게 활용된다는 것을 알게 되었다. 이차곡면에 큰 호기심을 갖게 된 우리는 이 연구를 통해 이차곡면의 특성을 연구하고 실생활에서의 활용을 알아보고자 한다.
이론적 배경
1. 이차곡면의 정의와 분류
가. 이차곡면의 정의
이차곡면은 세 변수 와 에 관한 이차방정식의 그래프이다. 이 같은 방정식의 가장 일반적인 것은, 가 상수일 때
이지만, 평행이동과 회전에 의하여 두 가지 표준형
또는
중의 하나로 바꿀 수 있다.
이차곡면은 삼차원에서 평면의 원뿔곡선에 해당하는 유사체이다.
나. 이차곡면의 분류
타원면
(2) 쌍곡면
일엽쌍곡면
이엽쌍곡면
(3) 원추면
(4) 포물면
타원포물면
쌍곡포물면
(5) 이차주면체
타원주면체
포물주면체
연구 과정
이차곡면의 특성 연구
가. 이차곡선과 이차곡면의 상관관계 조사
(1) 타원과 타원면
일반적인 타원면의 방정식은 …
을 그것의 축 주위로 회전하여 얻어진 포물면을 거울 면으로 하는 반사거울이다. 포물면거울은 그 축에 평행하게 입사한 광선속을 구면 수차 없이 그 초점에 모으는 성질을 가지므로 반사망원경의 대물경으로서 사용된다. 또는, 투광기의 반사거울로서도 사용된다.
(3) 태양열발전소
유리는 태양광선을 중앙에 있는 포물면 거울에 잘 반사하도록 경사지게 놓여 있다. 태양광선은 포물면 거울에 반사된 후 초점의 위치에 설치되어 있는 태양로에 모인다. 태양로는 3천8백°C에 이르는 열을 발생시킨다. 이 태양열 발전소도 포물선의 성질을 이용했다.
(4) 자동차 헤드라이트
자동차 헤드라이트의 반사경도 포물면 거울이다. 이것은 포물선의 성질을 파라볼라 안테나와는 반대로 응용한 것이다. 전구를 초점의 위치에 놓으면 빛은 축과 평행인 방향으로 먼 곳까지 비춘다.
3. 활용 방안 고찰
가. 우주망원경
우주망원경에 파라볼라안테나를 설치할 수 있다면, 우주의 먼 곳에서 오는 아주 약한 전파라도 초점에 집중시킬 수 있으므로 우주로부터 많은 정보를 얻을 수 있을 수 있을 것이라고 생각된다.
나. 광선총
‘스타워즈’와 같은 영화에 보면 광선검이 등장하는데, 실제로 ‘스타워즈’에서와 같은 광선검은 상용화되지 못하고 있다. 그 이유는, 큰 에너지를 가진 광선의 길이가 조절이 불가능하여 설사 광선검을 만든다 하더라도 표적이 아닌 주위의 것들도 손상시키기 때문이다. 그런데 타원면의 성질을 이용하면 이를 보완한 광선총을 만들 수 있다. 광선총의 총구에 해당하는 부분에 표적의 거리에 따라 초점거리가 조절되는 타원면의 일부를 장착하는 것이다. 다른 한 초점이 표적에 일치하도록 조절 가능한 센서를 타원면에 장착하여 타원면이 자동적으로 조절되도록 한다면, 빛에너지가 표적에만 집중되도록 할 수 있으므로 비교적 안전하게 실용화 될 수 있다.
결론
이차곡선의 특성으로부터 이차곡면의 특성을 유추
이차곡선과 이차곡면의 공통적 특성 탐구
실생활에서 이차곡면의 특성의 활용