생각하는 중등수학 ⑱ — 좌표는 왜 4사분면이 되었을까?
생각하는 중등수학 ⑱
좌표는 왜 4사분면이 되었을까?
좌표평면을 처음 그리면 항상 이런 모습이다.
- 가로선 하나
- 세로선 하나
- 그리고 네 개의 칸
우리는 그걸 자연스럽게 4사분면이라고 부른다.
하지만 문득 이런 질문이 든다.
왜 하필 네 칸일까? 세 칸도, 다섯 칸도 아닌데?
축이 두 개라는 선택
좌표는 두 가지 질문으로 시작했다.
- 옆으로 얼마나?
- 위로 얼마나?
이 두 질문이 각각 하나의 축이 된다.
- x축
- y축
그리고 이 두 축이 만나는 순간, 공간은 자동으로 나뉜다.
부호가 공간을 가른다
각 축에는 부호가 있다.
- +와 -
- 오른쪽과 왼쪽
- 위와 아래
이 부호 조합만으로 공간은 이렇게 분류된다.
- (+, +)
- (-, +)
- (-, -)
- (+, -)
네 가지 경우. 그 결과가 바로 4사분면이다.
사분면은 ‘구역 번호’가 아니다
사분면을 외울 때 우리는 종종 이렇게 생각한다.
- 1사분면
- 2사분면
- 3사분면
- 4사분면
하지만 중요한 건 번호가 아니다.
사분면은 이렇게 말한다.
“이 점의 부호 조합은 무엇인가?”
- x가 양수인지
- y가 음수인지
사분면은 점의 성격을 알려준다.
왜 대칭이 중요해질까?
4사분면 구조의 장점은 대칭이다.
- 오른쪽에 있던 점은
- 왼쪽에도 대응점이 있고
- 위에 있던 도형은
- 아래에서도 비교할 수 있다
대칭은 이동과 변환을 아주 쉽게 만든다.
좌표의 4사분면은 대칭을 위한 무대다.
분류는 생각을 빠르게 한다
사분면이 있으면 우리는 빠르게 판단할 수 있다.
- 이 점은 오른쪽인가?
- 위에 있는가, 아래에 있는가?
- 원점에서 어느 방향인가?
이 분류 덕분에 계산보다 먼저 위치 감각이 생긴다.
사분면은 생각의 지름길이다.
네 조각은 최소한의 선택이다
더 많은 축을 만들 수도 있었고, 다른 기준을 쓸 수도 있었다.
하지만 수학은 가장 단순한 선택을 했다.
- 질문은 두 개
- 부호는 두 개
- 경우의 수는 네 개
4사분면은 복잡함을 최소로 나눈 결과다.
생각하는 중등수학
이 글은 사분면의 번호를 외우게 하려는 글이 아니다.
대신 이런 질문을 남기고 싶다.
왜 수학은 공간을 이해하기 위해 먼저 나누는 방식을 택했을까?
4사분면은 공간을 쪼개기 위한 장치가 아니라, 공간을 빠르게 이해하기 위한 틀이다.
앞으로도 이 시리즈에서는 그 틀이 왜 필요한지를 천천히 따라가 보려 한다.
다음 글 예고
생각하는 중등수학 ⑲ — 좌표는 왜 원점을 중심으로 할까?
기준 하나가 왜 모든 위치의 출발점이 되었을까?