3D 기하 공식

입체 도형 + 3D 좌표 기하: 방향 코사인, 직선, 평면

[email protected], Geometry Calculator Developer & Online Math Educator 검수 마지막 업데이트 May 14, 2026

3차원 기하학은 표준 학교 교육과정에서 두 가지 관련 주제를 다룹니다: (1) 입체 도형 — 정육면체, 원기둥, 구, 원뿔, 각뿔, 각기둥의 부피와 겉넓이; (2) 3차원 좌표 기하학 (인도 NCERT 12학년, 다른 지역의 A-레벨에 해당) — 방향 코사인, 3차원 공간에서의 직선과 평면. 이 페이지는 두 주제에 필요한 모든 공식을 예제와 함께 제공합니다.

공식

이름 공식 비고
정육면체 — 부피 V = s³ s = 모서리 길이. SA = 6s², 대각선 d = s√3.
직육면체 — 부피 V = l × w × h SA = 2(lw + lh + wh); 공간 대각선 d = √(l² + w² + h²).
원기둥 — 부피 V = π × r² × h SA = 2πr(r + h); 옆넓이 = 2πrh.
구 — 부피 V = (4/3) × π × r³ SA = 4πr². 하나의 매개변수만 있는 유일한 도형.
원뿔 — 부피 V = (1/3) × π × r² × h 같은 밑면과 높이를 가진 원기둥 부피의 정확히 1/3. 모선 l = √(r²+h²); SA = πr(r + l).
정사각뿔 — 부피 V = (1/3) × b² × h b = 밑면 한 변. 같은 밑면과 높이를 가진 정육면체 부피의 1/3.
3차원 거리 d = √[(x₂−x₁)² + (y₂−y₁)² + (z₂−z₁)²] 3차원 피타고라스 정리. 2차원 거리 공식의 확장.
3차원 중점 M = ((x₁+x₂)/2, (y₁+y₂)/2, (z₁+z₂)/2) 성분별 평균 — 2차원과 완전히 같은 개념.
방향 코사인 l = cos α, m = cos β, n = cos γ α, β, γ = 직선이 x축, y축, z축과 이루는 각. 항등식: l² + m² + n² = 1.
방향비 → 방향 코사인 l = a/√(a²+b²+c²), m = b/√(...), n = c/√(...) 방향비 (a,b,c)를 정규화하여 단위 벡터 (l,m,n)을 구합니다.
직선 — 벡터 형태 ⃗r = ⃗a + λ⃗b ⃗a = 직선 위 한 점의 위치 벡터; ⃗b = 방향 벡터; λ = 매개변수 (임의의 실수).
직선 — 데카르트 (대칭) 형태 (x−x₁)/a = (y−y₁)/b = (z−z₁)/c (x₁,y₁,z₁) = 직선 위의 점; (a,b,c) = 방향비.
평면 — 법선 벡터 형태 ⃗r · ⃗n = d ⃗n = 법선 벡터; d = 원점으로부터의 거리.
평면 — 데카르트 형태 Ax + By + Cz + D = 0 (A, B, C)는 평면의 법선 벡터입니다.
평면 — 절편 형태 x/a + y/b + z/c = 1 a, b, c = 평면의 x절편, y절편, z절편.
점과 평면 사이의 거리 d = |Ax₀ + By₀ + Cz₀ + D| / √(A² + B² + C²) 점 (x₀, y₀, z₀); 평면 Ax+By+Cz+D=0. 점과 직선 사이의 거리의 순수한 3차원 유사.
두 직선 사이의 각 cos θ = |⃗b₁ · ⃗b₂| / (|⃗b₁| × |⃗b₂|) 방향 벡터의 내적, 정규화. θ ∈ [0°, 90°].
두 평면 사이의 각 cos θ = |⃗n₁ · ⃗n₂| / (|⃗n₁| × |⃗n₂|) 법선 벡터의 내적. 평행한 평면 → θ = 0; 수직인 평면 → θ = 90°.
꼬인 위치 — 최단 거리 d = |(⃗a₂ − ⃗a₁) · (⃗b₁ × ⃗b₂)| / |⃗b₁ × ⃗b₂| 외적이 공통 수직 방향을 제공합니다; 연결 벡터를 그 위로 투영합니다.

풀이 예제

예제 1: 한 변이 5 cm인 정육면체의 부피

  1. V = s³ = 5³ = 125 cm³
  2. SA = 6s² = 6 × 25 = 150 cm²
  3. Diagonal d = s√3 = 5√3 ≈ 8.66 cm

예제 2: (1, 2, 3)과 (4, 6, 8) 사이의 거리

  1. Δx = 3, Δy = 4, Δz = 5
  2. d = √(9 + 16 + 25) = √50 = 5√2 ≈ 7.07

예제 3: 방향비가 (2, 3, 6)인 직선의 방향 코사인

  1. Magnitude = √(4 + 9 + 36) = √49 = 7
  2. l = 2/7, m = 3/7, n = 6/7
  3. Check: l² + m² + n² = 4/49 + 9/49 + 36/49 = 49/49 = 1 ✓

예제 4: 점 (1, 2, 3)에서 평면 2x − y + 2z − 3 = 0까지의 거리

  1. Numerator: |2(1) − 1(2) + 2(3) − 3| = |2 − 2 + 6 − 3| = |3| = 3
  2. Denominator: √(4 + 1 + 4) = √9 = 3
  3. d = 3 / 3 = 1 unit

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