Math Atlas

합동의 뜻What Congruence Means

GeometryGeometry · 3. 삼각형의 합동3. Triangle Congruence

학습 목표
  • 합동의 정의를 말하고, ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF 표기에서 대응 관계를 읽을 수 있다.
  • 합동 선언에서 대응변·대응각의 등식을 정확히 추출할 수 있다.
  • 합동을 내각합·방정식과 결합해 길이와 각을 구할 수 있다.
  • 세 각이 같아도 합동이 아닐 수 있음을 반례로 안다.

"같다"의 도형 버전

수끼리는 등호로 비교한다 — AB=CDAB = CD는 두 길이가 같다는 말이었다. 그런데 도형 그 자체가 "같다"는 건 무슨 뜻일까. 첫 차시에 미뤄 둔 이 질문에 이제 답한다.

두 도형을 합동이라 함은, 한쪽을 옮기고 돌리고 (필요하면) 뒤집어 다른 쪽에 완전히 포갤 수 있다는 뜻이다. 기호는 \cong — 모양이 같다는 \sim 위에 크기가 같다는 ==를 얹은 합성 글자다. 종이 두 장을 겹쳐 오려 낸 삼각형 두 개, 도장 두 번 찍은 무늬 — 그것이 합동이다. 뒤집기도 허용된다는 점을 눈여겨 두자: 거울에 비친 짝도 합동이다(옮기고 돌리고 뒤집는 이 동작들은 마지막 단원에서 "변환"이라는 이름으로 다시 만난다).

표기가 대응을 선언한다

A B C D E F
합동인 두 삼각형 — 같은 눈금 수끼리, 같은 색 각끼리 포개진다.

포개려면 무엇이 어디에 겹치는지가 정해져야 한다. 그래서 삼각형의 합동 표기는 꼭짓점의 순서로 대응을 선언한다:

ABCDEFAD,  BE,  CF\triangle ABC \cong \triangle DEF \quad\text{는}\quad A \leftrightarrow D,\; B \leftrightarrow E,\; C \leftrightarrow F

라는 뜻이다. 같은 자리에 적힌 꼭짓점끼리 포개진다. 반직선 AB\overrightarrow{AB}에서도, 순서쌍 (2,3)(2,3)에서도 그랬듯 — 기호의 순서가 정보다. ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEFABCEDF\triangle ABC \cong \triangle EDF는 다른 주장이다.

대응이 정해지면 여섯 개의 등식이 쏟아진다. 포개지는 변끼리(대응변), 포개지는 각끼리(대응각) 같을 수밖에 없으니:

AB=DE,BC=EF,CA=FD,A=D,B=E,C=F.AB = DE,\quad BC = EF,\quad CA = FD,\qquad \angle A = \angle D,\quad \angle B = \angle E,\quad \angle C = \angle F.

합동인 도형의 대응 부분은 서로 같다 — 합동의 정의를 한 방향으로 읽은 것이고, 앞으로 증명에서 근거 칸에 수없이 등장할 문장이다. 거꾸로 여섯이 전부 같으면 포개지니 합동이다 — 정의는 양방향으로 읽는다는 것, 그대로다.

예제 1 · 대응 읽기

ABCXYZ\triangle ABC \cong \triangle XYZ일 때, (1) B\angle B의 대응각 (2) 변 ZXZX와 같은 변을 답하여라.

풀이. 순서를 나란히 놓는다: AXA \leftrightarrow X, BYB \leftrightarrow Y, CZC \leftrightarrow Z.

(1) B\angle B의 대응각은 같은 둘째 자리의 Y\angle Y. (2) ZXZX는 셋째–첫째 꼭짓점을 잇는 변이므로 대응변은 CACA — 즉 ZX=CAZX = CA.

합동에서 정보 꺼내기

합동 선언 하나는 등식 여섯 개짜리 창고다. 필요한 것을 정확히 꺼내 다른 도구와 잇는 연습을 하자.

예제 2 · 합동과 내각합의 합작

ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF이고 A=52°\angle A = 52°, E=61°\angle E = 61°다. C\angle C를 구하여라.

풀이. E\angle E의 대응각은 B\angle B이므로 B=61°\angle B = 61°. 이제 삼각형 ABCABC 안에서 내각합 정리를 쓰면

C=1805261=67°.\angle C = 180 - 52 - 61 = 67°.

검산: 52+61+67=18052 + 61 + 67 = 180 ✓. 합동이 다른 삼각형의 각을 이쪽으로 날라 오고, 내각합이 마무리한다.

합동의 성질, 그리고 반례 하나

합동 관계는 등호와 같은 문법을 따른다 — ABCABC\triangle ABC \cong \triangle ABC(반사성), ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF이면 DEFABC\triangle DEF \cong \triangle ABC(대칭성), 두 합동을 이으면 합동(추이성). 등식의 성질 표에 있던 세 줄이 도형에도 그대로 있는 셈이라, 근거 칸에서 같은 이름으로 쓴다.

한 가지 흔한 착각은 미리 끊어 두자. 세 이 각각 같으면 합동일까? 아니다 — 크기가 다른 두 정삼각형이 반례다. 세 각이 전부 60°60°로 같지만 한쪽이 다른 쪽을 덮지 못한다. 각은 모양만 정하고 크기를 정하지 못한다(모양만 같은 이 관계는 닮음이라는 이름으로 나중에 제대로 다룬다).

그렇다면 반대로, 여섯 등식을 전부 확인해야만 합동이라 부를 수 있을까? 그건 너무 비싸다. 실은 딱 세 개만 잘 고르면 나머지 셋이 공짜로 따라온다 — 어떤 세 개면 되는지, 왜 되는지가 다음 두 차시의 이야기다.

Goals
  • State the definition of congruence and read the correspondence out of the notation ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF.
  • Extract the correct equations for corresponding sides and angles from a congruence statement.
  • Combine congruence with the angle sum and with equations to find lengths and angles.
  • Know, by counterexample, that three equal angles do not make triangles congruent.

"Equal," the figure edition

Numbers are compared with the equals sign — AB=CDAB = CD said two lengths match. But what should it mean for figures themselves to be "equal"? That question was postponed in the very first lesson; now it gets its answer.

Two figures are congruent when one can be slid, turned, and (if needed) flipped so that it fits exactly on the other. The symbol is \cong — a composite character: \sim for same shape with == for same size stacked on top. Two triangles cut from stacked sheets of paper, two prints of the same stamp — that is congruence. Note that flipping is allowed: a mirror-image partner is congruent too. (Sliding, turning, flipping — these moves return in the final unit under the name transformations.)

The notation declares the correspondence

A B C D E F
Two congruent triangles — matching tick counts fit together, matching colors fit together.

To fit one figure onto another, you must say what lands where. So triangle congruence notation declares the matching through the order of the vertices:

ABCDEFmeansAD,  BE,  CF.\triangle ABC \cong \triangle DEF \quad\text{means}\quad A \leftrightarrow D,\; B \leftrightarrow E,\; C \leftrightarrow F.

Vertices written in the same position land on each other. Just as with the ray AB\overrightarrow{AB} and the ordered pair (2,3)(2,3)the order inside the symbol is information. ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF and ABCEDF\triangle ABC \cong \triangle EDF are different claims.

Once the correspondence is fixed, six equations pour out. The sides that land on each other (corresponding sides) and the angles that land on each other (corresponding angles) can't help but match:

AB=DE,BC=EF,CA=FD,A=D,B=E,C=F.AB = DE,\quad BC = EF,\quad CA = FD,\qquad \angle A = \angle D,\quad \angle B = \angle E,\quad \angle C = \angle F.

Corresponding parts of congruent figures are equal — the definition of congruence read in one direction, and a sentence you will cite in reason columns countless times. Read the other way: if all six match, the figures fit, so they are congruent. Definitions run both ways, as always.

Example 1 · Reading a correspondence

Given ABCXYZ\triangle ABC \cong \triangle XYZ: (1) which angle corresponds to B\angle B? (2) which side equals ZXZX?

Solution. Line up the orders: AXA \leftrightarrow X, BYB \leftrightarrow Y, CZC \leftrightarrow Z.

(1) B\angle B corresponds to the second-position angle Y\angle Y. (2) ZXZX joins the third and first vertices, so its correspondent is CACA — that is, ZX=CAZX = CA.

Withdrawing information from a congruence

One congruence statement is a warehouse of six equations. The skill is withdrawing exactly what you need and wiring it to other tools.

Example 2 · Congruence and the angle sum, working together

ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF, with A=52°\angle A = 52° and E=61°\angle E = 61°. Find C\angle C.

Solution. The correspondent of E\angle E is B\angle B, so B=61°\angle B = 61°. Now the angle sum inside triangle ABCABC:

C=1805261=67°.\angle C = 180 - 52 - 61 = 67°.

Check: 52+61+67=18052 + 61 + 67 = 180 ✓. Congruence ferries an angle over from the other triangle; the angle sum finishes the job.

The grammar of congruence — and one counterexample

Congruence follows the same grammar as equality — ABCABC\triangle ABC \cong \triangle ABC (reflexive), if ABCDEF\triangle ABC \cong \triangle DEF then DEFABC\triangle DEF \cong \triangle ABC (symmetric), and two congruences chain into one (transitive). The three rows from the properties-of-equality table live on for figures, cited by the same names.

One popular illusion deserves an early burial. If three angles match, are the triangles congruent? No — two equilateral triangles of different sizes are the counterexample. All angles are 60°60° on both sides, yet neither covers the other. Angles fix shape only, never size. (Same shape without same size has its own name, similarity, treated properly later.)

Then the opposite worry: must we really verify all six equations before declaring congruence? That would be extravagant. In fact just three, well chosen, force the other three for free — which three suffice, and why, is the story of the next two lessons.