항등식

1. 개요[편집]

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恒等式 / identity

문자를 포함한 등식에서, 문자가 가리키는 미지수의 값과 상관없이 항상 성립하는 등식이라는 뜻이다. 반대로 문자가 특정 미지수의 값일 때만 성립하는 것은 방정식이라고 한다. 항등식의 부등식 버전으론 절대부등식이 있다. 주의할 점은 방정식처럼 보이는 [math(ax+b=0)]같은 식도 [math(a=b=0)]라는 조건이 주어지면 항등식이 된다는 사실이다.[1] 조건을 항상 잘 확인하자. 중1 때 잠깐 나오는 건 맛보기라고 여길 법하지만, 고1로 올라가면 나머지정리와 인수정리와 같이 더 복잡한 문제로 나온다.

f(x)=(x에 관한 식) 의 형태로 함수 f(x)를 정의할 때는 등식 f(x)=(x에 관한 식) 을 x에 대한 항등식으로 생각할 수 있다.

2. 예시[편집]

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[math(e)]는 자연로그의 밑, [math(i)]는 허수단위이다.

2.1. 삼각함수[편집]

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1. [math(\displaystyle \tan\theta= {\sin\theta \over \cos\theta})]
2. [math(\sin^2\theta + \cos^2\theta=1)]
3. [math(1+\tan^2\theta=\sec^2\theta)]
4. [math(1+\cot^2\theta=\csc^2\theta)]
5. [math(\cos x + i \sin x = e^{ix})] (오일러 공식)
6. [math(\sin \theta = -i \sinh i \theta)]
7. [math(\cos \theta = \cosh i \theta)]
8. [math({\displaystyle \sin x=\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}})]
9. [math({\displaystyle \cos x=\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}})]
10. [math({\displaystyle \tan x = {\sin x \over \cos x} = -i \frac{e^{ix}-e^{-ix}}{e^{ix}+e^{-ix}}})]

2.2. 지수[편집]

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1. [math(x^{a+b} = x^ax^b)]
2. [math(\displaystyle x^{a-b} = {x^a \over x^b})] (단, [math(x^{b} \neq 0)])
3. [math(\left(x^a\right)^b=x^{ab})]
4. [math(\left(x\cdot y\right)^n=x^n\cdot y^n)]
5. [math(e^x = \sinh x + \cosh x)]

2.3. 로그[편집]

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1. [math(\log{ab}=\log{a}+\log{b})]
2. [math(\displaystyle \log{a \over b}=\log{a}-\log{b})]
3. [math(\log{a^n}=n\log{a})]
4. [math(\displaystyle \log_{a}{b}={\log_{c}{b} \over \log_{c}{a}})] (밑 변환 공식)
5. [math(\displaystyle \log_{a}{b}={1 \over \log_{b}{a}})]
6. [math(\displaystyle \log_i{x} = {2 \over i \pi} \log_e{x})]
7. [math(\mathrm{li}(x) = \mathrm{Ei} \circ \log_e (x))][2]
   [math(\mathrm{li}(x))]는 로그 적분 함수, [math(\mathrm{Ei}(x))]는 지수 적분 함수이다.

2.4. 미적분[편집]

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1. [math(\displaystyle {d \over dx} c = 0)] (c는 상수)
2. [math(\displaystyle {d \over dx} x^n = n x^{n-1} \leftrightarrow \int x^n = {{1}\over {n+1}} x^{n+1}+c)] (c는 상수)
3. [math(\displaystyle {d \over dx} \exp x = \exp x)]
4. [math(\displaystyle {d \over dx} \ln x = x^{-1})]
5. [math(\displaystyle \int^b_a f'(x)dx = f(b) - f(a) )] (단, 함수 [math(f')]이 닫힌 구간 [math(\left[a, b\right])]에서 연속이어야 한다. 미적분의 기본정리 참조.)
6. [math(\displaystyle \int_{1}^{e}{1 \over x}dx = \ln e - \ln 1 =1)]
7. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\sin x=\cos x)]
8. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\cos x=-\sin x)]
9. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\tan x=\sec^{2}x)]
10. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\sec x=\sec x \tan x)]
11. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\cot x=-\csc^{2}x)]
12. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\csc x=-\csc x \cot x)]
13. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\sinh x=\cosh x)]
14. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\cosh x=\sinh x)]
15. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\tanh x=\text{sech}^{2}x)]
16. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\text{sech} x=-\text{sech}x \tanh x)]
17. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\text{coth} x=-\text{csch}^{2} x)]
18. [math(\displaystyle \frac{d}{dx}\text{csch} x=-\text{csch} x \text{coth} x)]
19. [math(\displaystyle \frac{d}{dx} |x| = \mathrm{sgn}\left(x\right) \leftrightarrow \int \mathrm{sgn}\left(x\right) = |x| + C)][3]
    [math(\mathrm{sgn}\left(x\right))]는 부호 함수이다.
20. [math(\displaystyle \frac{d}{dx} \mathrm{sgn}\left(x\right) = 2\delta\left(x\right) \leftrightarrow \int 2\delta\left(x\right) = 2 \theta \left(x\right) + C = \mathrm{sgn}\left(x\right) + 1 + C)][4]
    [math(\delta\left(x\right))]는 디랙 델타 함수, [math(\theta\left(x\right))]는 헤비사이드 계단 함수이다.

2.5. 벡터[편집]

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1. [math((\mathbf{a} \times \mathbf{b}) \times \mathbf{c} = -(\mathbf{c} \cdot \mathbf{b})\mathbf{a} + (\mathbf{c} \cdot \mathbf{a}) \mathbf{b})]
2. [math(\mathbf{a} \times (\mathbf{b} \times \mathbf{c}) = \mathbf{b}(\mathbf{a} \cdot \mathbf{c}) - \mathbf{c}(\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}))]
3. [math(\mathbf{a} \times (\mathbf{b} \times \mathbf{c}) + \mathbf{b} \times (\mathbf{c} \times \mathbf{a}) + \mathbf{c} \times (\mathbf{a} \times \mathbf{b}) = \mathbf{0})]

2.6. 미분류[편집]

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1. [math({}_n\mathrm P_r = \dfrac{\Gamma \left( n+1 \right)}{\Gamma \left( n-r+1 \right)} = \left( n-r+1 \right) \dfrac{\Gamma \left( n+1 \right)}{\Gamma \left( n-r+2 \right)} = \left( n-r+1 \right) \cdot {}_n\mathrm P_{r-1})]

1. [math(\Im(a)=0 \,\,\,(a \in \mathbb{R}))][6]
   실수의 허수부는 무조건 0이라는 의미이다.

2.7. 곱셈 공식[편집]

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  자세한 내용은 곱셈 공식 문서를 참고하십시오.

1. [math((a+b)^2=a^2+2ab+b^2)]
2. [math((a-b)^2=a^2-2ab+b^2)]
3. [math((a+b)(a-b)=a^2-b^2)]
4. [math((x+a)(x+b)=x^2+(a+b)x+ab)]
5. [math((ax+b)(cx+d)=acx^2+(ad+bc)x+bd)]

여기까지가 중학교 과정에서 배우는 곱셈 공식들이고, 나머지는 고등학교 입학하면 배운다.

2.8. 인수분해[편집]

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  자세한 내용은 인수분해 문서를 참고하십시오.

1. [math(a^2+2ab+b^2=(a+b)^2)]
2. [math(a^2-2ab+b^2=(a-b)^2)]
3. [math(a^2-b^2=(a+b)(a-b))]
4. [math(x^2+(a+b)x+ab=(x+a)(x+b))]
5. [math(acx^2+(ad+bc)x+bd=(ax+b)(cx+d))]

여기까지 중학교 과정이다. (물론, 곱셈 공식들의 양변을 바꾼 것들이다.)

3. 미정계수법[편집]

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[math(x)]에 관한 등식 [math(a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots+a_1x+a_0=0)]이 [math(x)]에 관한 항등식이 되기 위한 조건은 [math(a_n=a_{n-1}=\cdots=a_1=a_0=0)]이다. 비슷하게 [math(a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots+a_1x+a_0=b_nx^n+b_{n-1}x^{n-1}+\cdots+b_1x+b_0)]이 [math(x)]에 관한 항등식이 되기 위한 조건은 [math(a_0=b_0,a_1=b_1,\cdots,a_{n-1}=b_{n-1},a_n=b_n)]이다. 이 두 성질을 이용해서 어떤 다항식의 계수를 찾는 방법을 미정계수법이라고 한다. 방법은 크게 2가지가 있다.
1. 계수비교법: 동류항의 계수는 같아야 하므로 동류항의 계수끼리 비교해 식을 세운뒤 찾는 방법.
2. 수치대입법: 문자에 그냥 아무 값이나 대입한 뒤[7] 방정식을 푸는 방법.
숫자 대입하는게 어지간히 복잡하지 않는 이상은 수치대입법이 보통 더 빠르다.
[8]

고1 올라가면 항등식을 이 방법으로 풀어야 한다.

4. 판별법[편집]

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예:[math(a)]×[math(y)]=[math(a)]×[math(y)]

• 식을 정리했을 때, 위와 같이 좌변과 우변이 같다면 항등식이다.

5. 관련 문서[편집]

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• 오일러 등식
• 곱셈 공식, 인수분해[9]
  의외라고 생각할 수 있는데, 엄연한 항등식이다. 애초에 곱셈 공식은 복잡한 곱셈의 결과를 쉽게 찾게 해주는것, 인수분해는 식을 곱셈의 꼴로 나타내는것이 목적이다.
• 동치관계
• 방정식
• 부정적분표