분류
1. 개요
旣約分數 / Irreducible fraction
분자와 분모가 서로소(둘의 공약수가 [math(1)]밖에 없는) 상태여서 (다시 말해 이미(旣) 약분(約分)이 다 끝나) 더 이상 약분을 할 수 없는 분수(分數)를 말한다. 예를 들어 [math(dfrac5{35})]을 약분한다 하면 [math(dfrac17)]이 된다. 약분이 여러 단계인 경우 일부 단계만 끝난 분수는 기약분수가 아니기 때문에 약분된 분수가 모두 기약분수인 것은 아니다.
분수가 약분을 할 수 있는 상황이라면 최대한 약분해서 결과치를 기약분수로 만들어 깔끔하게 처리해야 한다. 수학 시험에서 기약분수로 바꾸지 않으면 가차없이 감점시키는 경우가 많다.
기약분수 중 분모가 분자보다 크면 진분수(眞分數), 분자가 분모보다 크면 가분수(假分數)라고 일컫는다.
분자와 분모가 서로소(둘의 공약수가 [math(1)]밖에 없는) 상태여서 (다시 말해 이미(旣) 약분(約分)이 다 끝나) 더 이상 약분을 할 수 없는 분수(分數)를 말한다. 예를 들어 [math(dfrac5{35})]을 약분한다 하면 [math(dfrac17)]이 된다. 약분이 여러 단계인 경우 일부 단계만 끝난 분수는 기약분수가 아니기 때문에 약분된 분수가 모두 기약분수인 것은 아니다.
분수가 약분을 할 수 있는 상황이라면 최대한 약분해서 결과치를 기약분수로 만들어 깔끔하게 처리해야 한다. 수학 시험에서 기약분수로 바꾸지 않으면 가차없이 감점시키는 경우가 많다.
기약분수 중 분모가 분자보다 크면 진분수(眞分數), 분자가 분모보다 크면 가분수(假分數)라고 일컫는다.
2. 특징
- 서로 같은 값을 갖는 여러 분수들과 같은 값을 갖는 기약분수는 오직 하나 뿐이다. 예를 들어 [math(0.6)]의 값을 갖는 분수는 [math(dfrac{60}{100})], [math(dfrac6{10})], [math(dfrac35)] 등으로 무수히 많지만 이들 중 기약분수는 [math(dfrac35)]뿐이다.
- 분자가 [math(1)]인 분수는 모두 기약분수다. 모든 자연수가 [math(1)]과 서로소이기 때문. 분모가 [math(1)]인 경우는 분수로서 유의미한 의미를 지니지 않기 때문에 고려하지 않는다.
2.1. 기약분수의 덧셈/뺄셈
- 분모의 곱을 공통분모로 해서 통분할 때[2], (기약분수)[math(+)](기약분수) 는 더하는 두 분수의 분모가 서로소이면 기약분수다. [math(aperp b)], [math(cperp d)], [math(bperp d)]([math(perp)]는 서로소 기호)인 자연수 [math(a)], [math(b)], [math(c)], [math(d)]에 대해, [math(dfrac ab + dfrac cd = dfrac{ad+bc}{bd})]인데, [math(anotperp b)] 또는 [math(cnotperp d)]일 때만 각각 [math(b)], [math(d)] 또는 그 인수가 분자, 분모의 공통인수이므로 [math((ad+bc)notperp bd)]가 되어 기약분수가 아니게 된다. 그러나 이것은 [math(aperp b)], [math(cperp d)]라는 전제에 모순이다. 따라서 분모가 서로소인 두 기약분수의 덧셈 결과는 기약분수이다.
- 분모가 서로 같은 (기약분수)[math(+)](기약분수)는 분모가 소수일 때, 합성수일 때 모두 반드시 기약분수인 것은 아니다. 예를 들어 [math(dfrac25)]와 [math(dfrac35)]은 모두 기약분수이지만 둘을 더하면 [math(dfrac55 = 1)]이므로 기약분수가 아니며, [math(dfrac2{15})]와 [math(dfrac4{15})]는 모두 기약분수이지만 둘을 더하면 [math(dfrac6{15} = dfrac25)]이므로 기약분수가 아니다.
- 분모가 서로 다른 경우라도 이들이 서로소가 아닌 경우, 반드시 기약분수인 건 아니다. 예를 들어 [math(dfrac1{12})]과 [math(dfrac1{20})]은 모두 기약분수이지만 둘을 더하면 [math(dfrac8{60} = dfrac2{15})]이므로 기약분수가 아니다. 한쪽만 소수인 경우도 그 예가 될 수 있는데, 예를 들어 [math(dfrac1{5} + dfrac1{20} = dfrac5{20} = dfrac14)]이므로 기약분수가 아니다.
- 분모가 서로소인 세 개 이상의 기약분수의 덧셈을 이와 같은 방법으로 하면 (기약분수)[math(+)](기약분수)[math(=)](기약분수) 이므로 결국 기약분수가 된다.
- (기약분수)[math(-)](기약분수)는 (기약분수)[math(+)](기약분수)에서 뒤쪽 기약분수에 [math(-1)]을 곱한 경우로 볼 수 있다. 따라서 분모의 곱을 공통분모로 하여 통분할 때 덧셈과 마찬가지의 성질을 갖는다.
2.2. 기약분수의 곱셈/나눗셈
- 곱해져서 얻어지는 분수의 분모를 각각의 분모의 곱으로 할 때, (기약분수)[math(times)](기약분수) 는 곱하는 두 분수의 분모가 서로 같은 경우 기약분수이다. 두 분수를 각각 [math(dfrac ab)], [math(dfrac cb)]라 하면 두 분수를 곱한 결과는 [math(dfrac{ac}{b^2})]이고 [math(bperp a)], [math(bperp c)]이므로 [math(b^2perp a)], [math(b^2perp c)]이다. 따라서 [math(b^2perp ac)]이므로 기약분수이다. 예를 들어 [math(dfrac34)]과 [math(dfrac14)]은 모두 기약분수이고 곱하면 [math(dfrac3{16})]인데, 이것도 기약분수이다.
- 단, 분모가 서로 다른 경우 기약분수임을 보장할 수 없다. 예를 들어 [math(dfrac23)], [math(dfrac35)]은 모두 기약분수이지만 [math(dfrac{2{cdot}3}{3{cdot}5} = dfrac6{15} = dfrac25)]이므로 기약분수가 아니다.
- 분모가 모두 서로 같은 세 개 이상의 기약분수의 곱셈을 이와 같은 방법으로 하면 (기약분수)[math(times)](기약분수)[math(=)](기약분수)이므로 결국 기약분수가 된다.
- (기약분수)[math(div)](기약분수)는 나누는 기약분수에 역수를 취해서 (기약분수)[math(times)](기약분수)꼴로 만들어줄 수 있다. 따라서 나누어지는 분수의 분모와 나누는 분수의 분자가 서로 같으면 기약분수이다. 예를 들어 [math(dfrac14)]을 [math(dfrac43)]로 나누면 [math(dfrac14divdfrac43 = dfrac14timesdfrac34 = dfrac3{16})]으로 기약분수다.
2.3. 기약분수의 제곱
- 자연수 [math(n)]에 대해, 기약분수의 [math(n)]제곱, 즉 분자와 분모를 각각 [math(n)]제곱한 분수는 모두 기약분수이다. 기약분수 [math(dfrac ab)]를 제곱하면 [math(dfrac{a^n}{b^n})]이 되고, [math(aperp b)]이므로 [math(a^nperp b^n)]이다. 예를 들어 [math(dfrac35)]는 기약분수이고, [math(left(dfrac35right)^3 = dfrac{27}{125})] 역시 기약분수다.
3. 기약분수를 만드는 방법
4. 유리식
두 다항식을 분자와 분모로 해 분수 모양으로 나타낸 걸 유리식이라고 하는데, 여기서 두 다항식이 서로소인 경우에도 기약분수라고 한다. 예를 들어 [math(dfrac{xy}{(x+1)(y+1)})]는 두 다항식 [math(xy)], [math((x+1)(y+1))]이 서로소이므로 기약분수이다.
상술한 성질들은 정수 대신 다항식을 대입하여 증명하면 되므로 성립한다. 소수의 경우는 약분할 수 없는 기약 다항식(irreducible polynomial)으로 대신하면 된다.
상술한 성질들은 정수 대신 다항식을 대입하여 증명하면 되므로 성립한다. 소수의 경우는 약분할 수 없는 기약 다항식(irreducible polynomial)으로 대신하면 된다.
[1] 당연하겠지만 [math(dfrac1a + dfrac1b = dfrac1{a+b})]처럼 계산하면 틀린다.[2] 당연하겠지만 [math(dfrac1a + dfrac1b = dfrac1{a+b})]처럼 계산하면 틀린다.