핵심 개념
비에타 공식 (韦达定理)은 다항식의 계수와 그 근의 합 및 곱 사이의 관계를 나타냅니다.
이차방정식 ax2+bx+c=0의 두 근을 x1과 x2라 하면:
x1+x2=−ab (근의 합)
x1⋅x2=ac (근의 곱)
유도 과정
근의 공식으로부터:
x1=2a−b+Δ,x2=2a−b−Δ
합:
x1+x2=2a−b+Δ+2a−b−Δ=2a−2b=−ab
곱:
x1⋅x2=4a2(−b+Δ)(−b−Δ)=4a2b2−Δ=4a2b2−(b2−4ac)=4a24ac=ac
주요 응용
1. 풀지 않고 식 계산하기
실제 근을 구하지 않고 근에 관한 식을 계산합니다.
주요 공식:
x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2
x13+x23=(x1+x2)3−3x1x2(x1+x2)
x11+x21=x1x2x1+x2
(x1−x2)2=(x1+x2)2−4x1x2
2. 근으로부터 방정식 구성
α와 β가 근이면, 이차방정식은:
x2−(α+β)x+αβ=0
또는 동치로:
(x−α)(x−β)=0
3. 근의 부호 판별
풀지 않고 근의 부호를 판별:
- 두 근 모두 양수: x1+x2>0 그리고 x1⋅x2>0
- 두 근 모두 음수: x1+x2<0 그리고 x1⋅x2>0
- 부호가 반대: x1⋅x2<0
CSCA 연습 문제
💡 참고: 다음 연습 문제는 CSCA 시험 커리큘럼을 기반으로 설계되었습니다.
예제 1: 기초 (난이도 ★★☆☆☆)
x1과 x2가 x2−3x−4=0의 근일 때, x1+x2와 x1⋅x2를 구하시오.
풀이:
비에타 공식에 의해 a=1, b=−3, c=−4:
x1+x2=−1−3=3
x1⋅x2=1−4=−4
정답: 합 = 3, 곱 = -4
예제 2: 중급 (난이도 ★★★☆☆)
x1과 x2가 2x2+5x−3=0의 근일 때, x12+x22를 구하시오.
풀이:
비에타 공식에 의해:
x1+x2=−25,x1⋅x2=−23
항등식을 이용하면:
x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2
=(−25)2−2(−23)
=425+3=425+412=437
정답: 437
예제 3: 고급 (난이도 ★★★★☆)
x1과 x2가 x2−4x+1=0의 근일 때, x2x1+x1x2를 구하시오.
풀이:
비에타 공식에 의해:
x1+x2=4,x1⋅x2=1
식을 정리하면:
x2x1+x1x2=x1x2x12+x22
먼저 x12+x22를 구하면:
x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2=16−2=14
따라서:
x2x1+x1x2=114=14
정답: 14
예제 4: 고급 (난이도 ★★★★☆)
2+3과 2−3을 근으로 하는 정수 계수 이차방정식을 구하시오.
풀이:
근의 합:
α+β=(2+3)+(2−3)=4
근의 곱:
α⋅β=(2+3)(2−3)=4−3=1
방정식은:
x2−4x+1=0
정답: x2−4x+1=0
예제 5: 고급 (난이도 ★★★★★)
x2+px+q=0의 한 근이 다른 근의 2배이고, 두 근의 합이 6일 때, p와 q를 구하시오.
풀이:
두 근을 r과 2r이라 하자.
비에타 공식에 의해:
- r+2r=3r=−p
- r⋅2r=2r2=q
합 = 6이므로:
3r=6⇒r=2
따라서:
p=−3r=−6
q=2r2=2(4)=8
정답: p=−6, q=8
비에타 공식의 확장
삼차방정식 ax3+bx2+cx+d=0의 세 근을 x1,x2,x3이라 하면:
x1+x2+x3=−ab
x1x2+x2x3+x3x1=ac
x1⋅x2⋅x3=−ad
흔한 실수
❌ 실수 1: 합의 부호 오류
잘못됨: x1+x2=ab ✗
정확: x1+x2=−ab ✓
❌ 실수 2: 근이 실수라고 가정
비에타 공식은 Δ<0 (복소근)일 때도 성립하지만, 많은 응용에서는 실근이 필요합니다. 필요한 경우 항상 Δ≥0을 확인하세요.
❌ 실수 3: 불완전한 근의 조건
"두 근 모두 양수"의 조건: x1+x2>0 그리고 x1⋅x2>0 그리고 Δ≥0을 모두 만족해야 합니다.
학습 팁
- ✅ 부호 기억하기: 합에는 음의 부호, 곱에는 없음
- ✅ 주요 변환 익히기: x12+x22, x11+x21 등
- ✅ 판별식과 결합: 실근 조건 처리
- ✅ 역방향 문제 연습: 주어진 근으로부터 방정식 구하기
💡 시험 팁: 비에타 공식은 CSCA에서 자주 출제됩니다. x12+x22와 x11+x21의 변환을 완벽히 숙달하세요 — 대부분의 문제에서 등장합니다!