수학 개념 노트전체 과목

점과 직선 사이의 거리

STEP 1

개념 읽기

번호 순서대로 읽어요. 색 상자는 꼭 외울 것, 점선 상자는 이해만 하면 되는 예시예요.

이 개념에서 배울 것
점 (x1, y1)(x_1,\ y_1) 과 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0 사이의 거리는 ∣ax1+by1+c∣a2+b2\dfrac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}} 이에요. 이를 이용하여 원점과 직선 사이의 거리, 평행한 두 직선 사이의 거리, 삼각형의 높이와 넓이를 구해요.
  1. 1점과 직선 사이의 거리의 뜻
  2. 2거리 공식과 유도
  3. 3원점과 직선 사이의 거리
  4. 4평행한 두 직선 사이의 거리
  5. 5거리가 주어질 때 거꾸로 쓰기
  6. 6삼각형의 넓이
  7. 7나란히 비교하기
  8. ✓한눈에 정리
정의 — 뜻, 외우기성질·공식 — 외우기주의 — 틀리기 쉬운 곳예 — 이해만점선 밑줄 다른 개념과 이어진 말 — 오른쪽 카드(휴대폰은 오른쪽 ‹ 탭)에서 청록 앞 개념 · 주황 뒤 개념형광 핵심 용어

1점과 직선 사이의 거리의 뜻

정의점과 직선 사이의 거리
점 P\mathrm{P} 에서 직선 ll 에 내린 수선이 ll 과 만나는 점 H\mathrm{H} 를 수선의 발이라 한다.
선분 PH\mathrm{PH} 의 길이를 점 P\mathrm{P} 와 직선 ll 사이의 거리라고 한다.
점 P(2, 1)\mathrm{P}(2,\ 1) 과 직선 3x+4y−5=03x+4y-5=0
-2-11234-2-1123xyO1PHQ
수선의 발 H\mathrm{H} 까지의 거리 PH‾=1\overline{\mathrm{PH}}=1 이 가장 짧아요.
학생
점과 직선 사이의 거리는 직선 위 아무 점까지의 거리예요?
쌤
아니요. 점에서 직선에 수선을 내렸을 때의 길이, 즉 가장 짧은 거리예요. 직선 위의 다른 점까지는 빗변이라 더 길어요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
점 (3, 5)(3,\ 5) 와 xx 축 사이의 거리는?
자세히 보기펼치기왜 그런지

직선 위의 다른 점 Q\mathrm{Q} 까지의 거리는 빗변 PQ‾\overline{\mathrm{PQ}} 이므로 PH‾\overline{\mathrm{PH}} 보다 길어요.
그래서 점과 직선 사이의 거리는 가장 짧은 거리이고, 점이 직선 위에 있으면 00 이에요.

2거리 공식과 유도

성질점과 직선 사이의 거리
점 P(x1, y1)\mathrm{P}(x_1,\ y_1) 과 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0 사이의 거리 dd 는 다음과 같다.d=∣ax1+by1+c∣a2+b2d=\dfrac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}거리는 음수가 아니므로 분자에 절댓값을 씌운다.
공식점과 직선 사이의 거리
점 (x1, y1)(x_1,\ y_1) 과 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0
d=∣ax1+by1+c∣a2+b2\displaystyle d=\frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}
분자: 점의 좌표를 직선의 좌변에 넣은 값의 절댓값
□△ 틀
d=∣□×x1+△×y1+c∣□2+△2\displaystyle d=\frac{|\square\times x_1+\triangle\times y_1+c|}{\sqrt{\square^2+\triangle^2}}
□\square 는 xx 의 계수, △\triangle 는 yy 의 계수이다.
예응용 예
점 (2, 1)(2,\ 1) 과 직선 3x+4y−5=03x+4y-5=0 사이의 거리
∣3×2+4×1−5∣32+42=55=1\dfrac{|3\times2+4\times1-5|}{\sqrt{3^2+4^2}}=\dfrac{5}{5}=1

점 (−1, 3)(-1,\ 3) 과 직선 y=2x+1y=2x+1 사이의 거리
직선을 정리하면
2x−y+1=02x-y+1=0
∣2×(−1)−3+1∣22+(−1)2=45=455\dfrac{|2\times(-1)-3+1|}{\sqrt{2^2+(-1)^2}}=\dfrac{4}{\sqrt{5}}=\dfrac{4\sqrt{5}}{5}
학생
직선이 y=2x+1y=2x+1 꼴이면 어떻게 해요?
쌤
먼저 2x−y+1=02x-y+1=0 처럼 ax+by+c=0ax+by+c=0 꼴로 고친 다음 공식에 넣어요. 이때 b=−1b=-1 처럼 부호까지 그대로 옮겨요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
점 (1, 2)(1,\ 2) 와 직선 4x+3y−5=04x+3y-5=0 사이의 거리는?
y=mx+ny=mx+n 꼴을 그대로 넣는 실수
✗ 틀린 풀이
점 (−1, 3)(-1,\ 3), 직선 y=2x+1y=2x+1
∣2×(−1)+1∣22+12=15\dfrac{|2\times(-1)+1|}{\sqrt{2^2+1^2}}=\dfrac{1}{\sqrt{5}}
왜 틀렸나 점과 직선 사이의 거리 공식은 직선을 ax+by+c=0ax+by+c=0 꼴로 고친 뒤에 써야 한다.
✓ 바른 풀이
직선을 2x−y+1=02x-y+1=0 으로 고쳐서
∣2×(−1)−3+1∣5=45\dfrac{|2\times(-1)-3+1|}{\sqrt{5}}=\dfrac{4}{\sqrt{5}}
직선을 2x−y+1=02x-y+1=0 으로 고치면 yy 의 계수 −1-1 이 생겨 점의 yy 좌표 33 이 계산에 들어간다.
분모의 제곱근을 빠뜨리는 실수
✗ 틀린 풀이
점 (2, 1)(2,\ 1), 직선 3x+4y−5=03x+4y-5=0
∣6+4−5∣32+42=15\dfrac{|6+4-5|}{3^2+4^2}=\dfrac{1}{5}
왜 틀렸나 거리 공식의 분모는 a2+b2\sqrt{a^2+b^2} 이므로 계수의 제곱의 합에 반드시 근호를 씌워야 한다.
✓ 바른 풀이
∣6+4−5∣32+42=55=1\dfrac{|6+4-5|}{\sqrt{3^2+4^2}}=\dfrac{5}{5}=1
기억 요령: 분모 a2+b2\sqrt{a^2+b^2} 은 두 점 사이의 거리 공식과 같은 모양이다.
자세히 보기펼치기왜 그런지예제성질 더 보기

공식이 나오는 과정은 다음과 같아요. 점 P(x1, y1)\mathrm{P}(x_1,\ y_1) 과 직선 l: ax+by+c=0l:\ ax+by+c=0 (a≠0, b≠0)(a\ne0,\ b\ne0) 에 대하여 수선의 발을 H(x2, y2)\mathrm{H}(x_2,\ y_2) 라 해요.
직선 ll 의 기울기는 −ab-\dfrac{a}{b} 이고 PH⊥l\mathrm{PH}\perp l 이므로 직선 PH\mathrm{PH} 의 기울기는 ba\dfrac{b}{a} 이에요
.
따라서 y2−y1x2−x1=ba\dfrac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=\dfrac{b}{a} 이므로 x2−x1a=y2−y1b=t\dfrac{x_2-x_1}{a}=\dfrac{y_2-y_1}{b}=t로 놓으면(두 비의 공통인 값을 tt 하나로 부르면 x2, y2x_2,\ y_2 를 tt 로 나타낼 수 있어요) x2=x1+atx_2=x_1+at, y2=y1+bty_2=y_1+bt 이에요.
이제
두 점 사이의 거리 공식으로 PH‾\overline{\mathrm{PH}} 를 구해요.

a(x1+at)+b(y1+bt)+c=0a(x_1+at)+b(y_1+bt)+c=0
↳H\mathrm{H} 가 직선 위에 있어요
t=−ax1+by1+ca2+b2t=-\frac{ax_1+by_1+c}{a^2+b^2}
↳tt 에 대하여 풀어요
PH‾2=(at)2+(bt)2\overline{\mathrm{PH}}^2=(at)^2+(bt)^2
↳x2−x1=at, y2−y1=btx_2-x_1=at,\ y_2-y_1=bt
=(a2+b2)t2=(a^2+b^2)t^2
↳묶어요
=(ax1+by1+c)2a2+b2=\frac{(ax_1+by_1+c)^2}{a^2+b^2}
↳tt 를 넣어요
PH‾=∣ax1+by1+c∣a2+b2\overline{\mathrm{PH}}=\frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}
↳양의 제곱근
a=0a=0 또는 b=0b=0 인 경우(좌표축에 평행한 직선)에도 이 공식이 그대로 성립해요.
성질외우는 방법
분자는 「점을 직선의 식에 넣은 값」에 절댓값을 씌운 것이다.
분모는 「xx 의 계수와 yy 의 계수를 각각 제곱하여 더한 값의 제곱근」이다.
분모는 두 점 사이의 거리 공식 □2+△2\sqrt{\square^2+\triangle^2} 과 같은 모양이다.
가리고 떠올리기

□ 에 들어갈 것을 종이에 써 보고 「정답 보기」로 확인하세요. 맞혔으면 「더 가리기」로 넘어가요. 마지막 단계는 오른쪽 전체를 가려요.

단계 1 / 2
점과 직선 사이의 거리=∣ax1+by1+c∣□\text{점과 직선 사이의 거리}=\frac{|ax_1+by_1+c|}{\square}
단계 1 / 2
원점과 직선 사이의 거리=□a2+b2\text{원점과 직선 사이의 거리}=\frac{\square}{\sqrt{a^2+b^2}}
공식을 쓰는 순서
  1. 1
    직선을 일반형 ax+by+c=0ax+by+c=0 꼴(우변이 00)로 고쳐요.
    y=mx+ny=mx+n 꼴이면 mx−y+n=0mx-y+n=0
  2. 2
    분자: 점의 좌표를 좌변에 넣어 계산하고 절댓값을 씌워요.
    음수는 괄호를 쳐서 넣어요.
  3. 3
    분모: (x의 계수)2+(y의 계수)2\sqrt{(x\text{의 계수})^2+(y\text{의 계수})^2} 를 계산해요.
  4. 4
    나누고, 분모에 근호가 남으면 유리화해요.
성질검산 방법
좌표축에 평행한 직선으로 확인한다.
점 (2, −1)(2,\ -1) 과 직선 y=3y=3, 즉 y−3=0y-3=0 사이의 거리는 공식으로
∣−1−3∣02+12=4\dfrac{|-1-3|}{\sqrt{0^2+1^2}}=4
yy 좌표의 차 ∣−1−3∣=4|-1-3|=4 와 같다.

수선의 발을 직접 구하여 확인할 수도 있다.
점 (2, 1)(2,\ 1), 직선 3x+4y−5=03x+4y-5=0 에서 수선의 발은 H(75, 15)\mathrm{H}\left(\dfrac{7}{5},\ \dfrac{1}{5}\right)
PH‾=(35)2+(45)2=1\overline{\mathrm{PH}}=\sqrt{\left(\dfrac{3}{5}\right)^2+\left(\dfrac{4}{5}\right)^2}=1 ✓

3원점과 직선 사이의 거리

공식에 x1=0x_1=0, y1=0y_1=0 을 넣으면 분자는 ∣c∣|c| 만 남아요.
따라서 원점과 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0 사이의 거리는 ∣c∣a2+b2\dfrac{|c|}{\sqrt{a^2+b^2}}
원과 직선의 위치 관계를 판정할 때도 이 거리를 써요.

예원점과 직선 3x−4y+10=03x-4y+10=0 사이의 거리
∣10∣32+(−4)2=105=2\dfrac{|10|}{\sqrt{3^2+(-4)^2}}=\dfrac{10}{5}=2
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
원점과 직선 x+y−4=0x+y-4=0 사이의 거리는?

4평행한 두 직선 사이의 거리

평행한 두 직선 사이의 거리는 한 직선 위의 어느 점에서 다른 직선까지의 거리로 구하며, 그 값은 점에 관계없이 일정해요.

공식 ∣c−c′∣a2+b2\dfrac{|c-c^{\prime}|}{\sqrt{a^2+b^2}} 는 두 식의 x, y 의 계수를 똑같이 맞춘 뒤에만 써요.

예두 직선 3x+4y−2=03x+4y-2=0, 6x+8y+1=06x+8y+1=0 사이의 거리
두 번째 식의 양변을 22 로 나누면
3x+4y+12=03x+4y+\dfrac{1}{2}=0
∣−2−12∣32+42=52×15=12\dfrac{\left|-2-\dfrac{1}{2}\right|}{\sqrt{3^2+4^2}}=\dfrac{5}{2}\times\dfrac{1}{5}=\dfrac{1}{2}

검산: 첫 번째 직선 위의 점 (2, −1)(2,\ -1) 에서 두 번째 직선까지의 거리는
∣12−8+1∣62+82=510=12\dfrac{|12-8+1|}{\sqrt{6^2+8^2}}=\dfrac{5}{10}=\dfrac{1}{2} ✓
학생
계수를 맞추지 않고 바로 넣으면 어떻게 돼요?
쌤
3x+4y−2=03x+4y-2=0, 6x+8y+1=06x+8y+1=0 에서 상수항끼리 바로 빼면 35\frac{3}{5} 이 나와 틀려요. 두 번째 식을 22 로 나눠 3x+4y+12=03x+4y+\frac{1}{2}=0 으로 맞춰야 12\frac{1}{2} 이 나와요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
두 직선 x+2y+1=0x+2y+1=0, 2x+4y−8=02x+4y-8=0 사이의 거리는?
계수를 맞추지 않는 실수
✗ 틀린 풀이
3x+4y−2=03x+4y-2=0, 6x+8y+1=06x+8y+1=0
∣−2−1∣32+42=35\dfrac{|-2-1|}{\sqrt{3^2+4^2}}=\dfrac{3}{5}
왜 틀렸나 평행한 두 직선 사이의 거리는 xx, yy 의 계수를 똑같이 맞춘 뒤 상수항을 비교해야 한다.
✓ 바른 풀이
6x+8y+1=06x+8y+1=0 을 3x+4y+12=03x+4y+\dfrac{1}{2}=0 으로 고쳐서
∣−2−12∣5=12\dfrac{\left|-2-\dfrac{1}{2}\right|}{5}=\dfrac{1}{2}
검산: 첫 직선 위의 점 (23, 0)\left(\frac{2}{3},\ 0\right) 에서 6x+8y+1=06x+8y+1=0 까지의 거리를 구해도 ∣4+1∣10=12\frac{|4+1|}{10}=\frac{1}{2} 이다.
자세히 보기펼치기왜 그런지

이유는 다음과 같아요. 두 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0, ax+by+c′=0ax+by+c^{\prime}=0 에서 첫 번째 직선 위의 점 (x1, y1)(x_1,\ y_1) 을 잡으면 ax1+by1=−cax_1+by_1=-c 이에요.
두 번째 직선까지의 거리는
∣ax1+by1+c′∣a2+b2=∣c′−c∣a2+b2\dfrac{|ax_1+by_1+c^{\prime}|}{\sqrt{a^2+b^2}}=\dfrac{|c^{\prime}-c|}{\sqrt{a^2+b^2}}

5거리가 주어질 때 거꾸로 쓰기

거리 공식을 거꾸로 쓰면 거리가 주어졌을 때 미지수를 구할 수 있어요.
절댓값이 있으므로 보통 값이 두 개 나와요.

예점 (1, 2)(1,\ 2) 와 직선 3x+4y+k=03x+4y+k=0 사이의 거리가 22 일 때 kk 의 값
∣3+8+k∣32+42=2\dfrac{|3+8+k|}{\sqrt{3^2+4^2}}=2
∣11+k∣=10|11+k|=10
11+k=1011+k=10 또는 11+k=−1011+k=-10
따라서 k=−1k=-1 또는 k=−21k=-21
학생
왜 값이 두 개 나와요?
쌤
거리가 같은 직선이 점의 양쪽에 하나씩 있기 때문이에요. 그래서 ∣11+k∣=10|11+k|=10 에서 11+k=1011+k=10, 11+k=−1011+k=-10 두 경우가 생겨요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
원점과 직선 3x+4y+k=03x+4y+k=0 사이의 거리가 11 일 때 kk 의 값은?
⚠ 주의절댓값을 벗길 때
∣11+k∣=10|11+k|=10 에서 11+k=1011+k=10 만 풀면 k=−21k=-21 을 빠뜨려요.
직선 3x+4y+k=03x+4y+k=0 은 점의 양쪽에 하나씩 있을 수 있어요.
점 (1, 2)(1,\ 2) 에서 거리가 22 인 두 직선
-2-112345-4-3-2-11234567xyO22k=-1k=-21
3x+4y+k=03x+4y+k=0 꼴의 평행한 직선 중 점 (1, 2)(1,\ 2) 까지 거리가 22 인 것은 양쪽에 하나씩 있어요.

6삼각형의 넓이

세 점 A\mathrm{A}, B\mathrm{B}, C\mathrm{C} 를 꼭짓점으로 하는 삼각형에서 AB‾\overline{\mathrm{AB}} 를 밑변으로 잡으면 높이는 점 C\mathrm{C} 와 직선 AB\mathrm{AB} 사이의 거리예요.
따라서 (넓이)=12×AB‾×(점 C 와 직선 AB 사이의 거리)(\text{넓이})=\dfrac{1}{2}\times\overline{\mathrm{AB}}\times(\text{점 C 와 직선 AB 사이의 거리})

A(1, 1)\mathrm{A}(1,\ 1), B(4, 5)\mathrm{B}(4,\ 5), C(5, 0)\mathrm{C}(5,\ 0) 인 삼각형 ABC\mathrm{ABC} 의 넓이
AB‾=32+42=5\overline{\mathrm{AB}}=\sqrt{3^2+4^2}=5
↳밑변
y−1=43(x−1)y-1=\frac{4}{3}(x-1)
↳기울기 5−14−1=43\frac{5-1}{4-1}=\frac{4}{3}
4x−3y−1=04x-3y-1=0
↳일반형으로
∣4×5−3×0−1∣42+(−3)2=195\frac{|4\times5-3\times0-1|}{\sqrt{4^2+(-3)^2}}=\frac{19}{5}
↳높이
12×5×195=192\frac{1}{2}\times5\times\frac{19}{5}=\frac{19}{2}
↳넓이
123456-1123456xyO5
195\frac{19}{5}
ABCH
밑변 AB‾\overline{\mathrm{AB}} 와 높이 CH‾\overline{\mathrm{CH}}(점 C\mathrm{C} 와 직선 AB\mathrm{AB} 사이의 거리)예요.
학생
어느 변을 밑변으로 잡아야 해요?
쌤
어느 변을 잡아도 넓이는 같아요. 보통 길이를 구하기 쉽고 직선의 식을 세우기 쉬운 변을 잡아요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
A(0, 0)\mathrm{A}(0,\ 0), B(3, 4)\mathrm{B}(3,\ 4), C(5, 0)\mathrm{C}(5,\ 0) 인 삼각형 ABC\mathrm{ABC} 에서 AB‾\overline{\mathrm{AB}} 를 밑변으로 잡을 때 높이는?
자세히 보기펼치기왜 그런지
삼각형의 넓이를 구하는 순서
  1. 1
    두 점 사이의 거리로 밑변 AB‾\overline{\mathrm{AB}} 를 구해요.
  2. 2
    직선 AB\mathrm{AB} 의 방정식을 ax+by+c=0ax+by+c=0 꼴로 구해요.
  3. 3
    점 C\mathrm{C} 와 직선 AB\mathrm{AB} 사이의 거리로 높이를 구해요.
  4. 4
    12×(밑변)×(높이)\dfrac{1}{2}\times(\text{밑변})\times(\text{높이}) 를 계산해요.

7나란히 비교하기

공식거리 공식 모음
두 점 사이의 거리
(x2−x1)2+(y2−y1)2\displaystyle \sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}
좌표의 차를 제곱하여 더한다.
점과 직선 사이의 거리
∣ax1+by1+c∣a2+b2\displaystyle \frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}
분모는 직선의 계수로 만든다.
원점과 직선 사이의 거리
∣c∣a2+b2\displaystyle \frac{|c|}{\sqrt{a^2+b^2}}
평행한 두 직선 사이의 거리
∣c−c′∣a2+b2\displaystyle \frac{|c-c^{\prime}|}{\sqrt{a^2+b^2}}
xx, yy 의 계수를 같게 맞춘 뒤 쓴다.
학생
거리 공식이 많은데 어떻게 정리해요?
쌤
점과 점은 좌표의 차, 점과 직선은 식에 넣은 값이 출발점이에요. 원점이나 평행한 두 직선의 공식은 점과 직선 공식의 특별한 경우예요.
한눈에 정리
이것만은 꼭 기억하세요. 읽은 내용을 떠올리며 하나씩 확인해 보세요.
  1. 1점 P(x1, y1)\mathrm{P}(x_1,\ y_1) 과 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0 사이의 거리는 d=∣ax1+by1+c∣a2+b2d=\dfrac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}} 이다.
  2. 2원점과 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0 사이의 거리는 ∣c∣a2+b2\dfrac{|c|}{\sqrt{a^2+b^2}} 이다.
  3. 3평행한 두 직선 ax+by+c=0ax+by+c=0, ax+by+c′=0ax+by+c^{\prime}=0 사이의 거리는 ∣c−c′∣a2+b2\dfrac{|c-c^{\prime}|}{\sqrt{a^2+b^2}} 이다.
  4. 4삼각형의 넓이는 두 점 사이의 거리를 밑변, 나머지 꼭짓점과 그 직선 사이의 거리를 높이로 하여 구한다.
✗ 자주 하는 실수
  • 직선 y=mx+ny=mx+n 을 ax+by+c=0ax+by+c=0 꼴로 고치지 않고 공식에 넣어요.
  • 분모를 a2+b2\sqrt{a^2+b^2} 이 아니라 a2+b2a^2+b^2 으로 쓰거나, 분자의 절댓값을 빠뜨려요.
  • 평행한 두 직선 사이의 거리를 구할 때 xx, yy 의 계수를 같게 맞추지 않고 상수항을 빼요.
STEP 2

예제로 익히기

풀이를 보기 전에 먼저 직접 풀어 보고, 한 단계씩 펼쳐 확인하세요.

  1. 예제 1
    점 (−2, 3)(-2,\ 3) 과 직선 y=34x−1y=\dfrac{3}{4}x-1 사이의 거리를 구하시오.
  2. 예제 2
    평행한 두 직선 x−2y+3=0x-2y+3=0, 2x−4y−4=02x-4y-4=0 사이의 거리를 구하시오.
  3. 예제 3
    세 점 A(−1, 2)\mathrm{A}(-1,\ 2), B(3, −1)\mathrm{B}(3,\ -1), C(2, 4)\mathrm{C}(2,\ 4) 를 꼭짓점으로 하는 삼각형 ABC\mathrm{ABC} 의 넓이를 구하시오.

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