수학 언어로 건축을 읽다

수학과 과학의 왕 세종대왕의 발명품, 자연을 담은 세계문화유산 창덕궁, 일상의 편리함과 안전을 책임지는 교통과 다리 그리고 전 세계의 미래 자산 우주까지 우리가 언제나 만나고 있는 생활 주변을 수학 언어로 읽다!

■■■ 저자는 학생들이 점수를 잘 받기 위한 수학공부를 하며 긴장하고 스트레스에 노출되어 싫은 감정으로까지 진화하는 대신, 다른 측면에서 수학의 유용성을 느끼고 친숙해지며 수학을 하는 것이 삶에 있어 자연스러운 일임을 느끼기를 바라는 마음으로 <수학 언어로 건축을 읽다>를 소개하고 있다.
이 책은 유적지, 다리, 교통 등 일상생활 속에서 자주 접할 수 있는 장소에서 수학의 시선으로 주변의 건축물이나 시스템을 탐색해보고 수학의 유용성을 이해하도록 하는 Math-Tour를 목표로 하여 쓴 것이다. 아이들이 직접 생활하는 일실생활에서 수학이 어떻게 적용되는지를 이해하고 탐색해 보는 것이 수학의 유용성을 과장되지 않게 보여줄 수 있는 가장 최선의 방법이라 여기기 때문이다.
이 책은 《수학 언어로 문화재를 읽다》와 맥을 같이 하고 있다. 《수학 언어로 문화재를 읽다》에서는 조선의 5대 궁궐 중 법궁이었던 경복궁을 비롯해 세계문화유산으로 지정된 수원 화성과 백제역사유적지구, 우리나라의 전통가옥인 한옥을 볼 수 있는 민속촌, 세계적으로 유명한 건축물인 동대문 디자인센터나 상암월드컵 경기장을 수학적으로 바라보았다면 이번 책에서는 세계문화유산으로 지정된 창덕궁과 조선 제1의 성군인 세종대왕의 업적을 볼 수 있는 여주 세종대왕릉, 바다를 가로지르며 일상을 더 편하게 이어주는 기다란 다리, 우리가 매일 반드시 이용하는 도로교통, 별바라기들의 성지라 할 수 있는 천문대를 수학적으로 살펴보았다.
첫 번째로 탐색에 나선 장소는 조선시대 5대 궁궐 중 유일하게 세계문화유산으로 지정된 창덕궁이다. 단순히 궁을 둘러보는 것에 그치지 않고, 우리만의 문화와 정서를 담은 멋을 담아내기 위해 궁안의 곳곳이 얼마나 정교하고 치밀한 계산 아래 지어졌는지를 보여주고 싶었다. 건축물의 크기와 형태에 많은 영향을 끼치는 것이 수학이기에, 수학의 눈으로 후원이 차지하는 비중이 큰 창덕궁이 복잡한 정치에서 잠시 벗어나 쉼과 여유를 즐기는 공간으로 어떻게 이용되었는지를 살펴보는 것도 창덕궁이 세계문화유산에 지정된 이유를 조금이나마 이해하는 데 도움이 될 것이다.
두 번째로는 조선시대 성군 중 가장 먼저 손에 꼽는 세종대왕의 업적에 초점을 맞추었다. 그는 가히 수학, 과학의 왕이자 음악의 왕이라 해도 과언이 아닐 것이다. 그렇기에 세종대왕이 어느 정도로 수학, 과학에 열성을 쏟았는지를 알아보기 위해 당시에 제작되었던 해시계, 간의를 비롯한 여러 관측기기들에 대해 살펴보고, 절대음감을 가진 세종대왕이 조선만의 음악을 정비한 부분에 대해서도 살펴보며 그의 업적을 기리고자 하였다.
세 번째로는 평소 수많은 무거운 차량들이 지나다니고 매년 강력한 비바람을 몰고 오는 태풍에도 끄떡없이 안정감 있게 서 있는 천사대교, 인천대교 등의 교량에 대해서이다. 오늘날 이들 교량들은 교각을 세우지 않는 구간의 길이를 늘이거나 전체 다리의 길이가 매우 긴 다리들이 바다 한 가운데에 건설되고 있기도 하다. 이것이 가능한 이유 중에는 수학이 중요한 역할을 하고 있기도 하다. 이를 수학적으로 탐색해 보며, 수학이 가지고 있는 힘을 느껴볼 수도 있다.
네 번째로는 집밖을 나서는 순간 반드시 이용할 수밖에 없는 도로교통에 대해 탐색해 보았다. 무심코 이용하기만 했던 도로교통에도 수학이 우리의 안전과 편리에 도움을 주고 있다는 사실에 대해 알아보고 수학과 함께하는 일이 얼마나 가치가 있는 일인지를 생각해 볼 수도 있다.
마지막으로는 천문대를 배경으로 별바라기들이 이용하는 망원경 및 대구경의 천체망원경의 원리에 대해 집중적으로 알아보며, 수학을 적용하는 것만으로도 수만 km 떨어진 우주의 천체들을 관측할 수 있으며 그들의 운동궤적을 추적할 수 있다는 사실이 얼마나 흥미로운 일인지를 경험할 수 있다.
때문에 이 책은 수학을 배우면서 수학이 어디에 활용되는지를 알고 싶은 학생, 12년 동안 수학을 배우긴 했지만 그 수학이 어디에서 어떻게 적용되어 있는지를 조금이나마 알고 싶은 분들에게 권하고 싶다.
책을 읽으며 교과서 속 수학처럼 수학이 문제풀이만을 위해 존재하는 것이 아닌, 우리 생활주변에서 과학과 기술, 공학, 음악, 공예 등과 어울리며 때로는 기본바탕을 이루는 역할을 하기도 하고 때로는 결코 없어서는 안 될 주요한 역할을 하며 멋을 만들고 안전을 책임지며 미래 과학의 발판이 되고 있다는 것을 알게 되기를 기대한다. 더불어 일상에서 수학을 하는 일이 특별한 것이 아닌, 이미 많은 수학이 생활 속에 자연스럽게 적용되어 있어 나도 모르게 활용하면서 그 가치를 경험하고 있음도 이해하기를 바란다.

작가의 말 4

제1장
 자연을 담은 ‘가장 한국적인 궁궐’ 창덕궁 11
조선의 정체성이 가장 잘 보이는 창덕궁 16
창덕궁이 세계문화유산으로 등재된 이유는 무엇일까? 18
창덕궁에 적용된 수와 도형 그리고 그 의미 23
인정전 영역의 기하학적 공간구성 31
후원은 각양각색의 정자 박물관 35
십자형 정자 부용정 39
연꽃 정자 애련정 43
육각형 정자 존덕정과 부채꼴 모양 정자 관람정 44
옥류천에 자리잡은 소요정, 청의정, 태극정 50

제2장
 수학, 과학의 왕이자 음악의 왕, 세종 55
세종, 하늘에 묻고 수학, 과학으로 답하다 60
조선의 역서를 만들라! 64
칠정산내편 66
칠정산외편 68
천문의기 제작 프로젝트 70
시계 제작 프로젝트 82
조선, 세계 최초로 강우량을 측정하다 90
음악의 왕, 수학으로 음악을 정비하다! 93
동양 최초의 유량악보, 정간보 94
 12율과 삼분손익법 97
황종율관으로 길이, 부피, 무게 단위를 통일시키다 102
반자동거리 측정기구, 기리고차 105

제3장
 더 길고 안전한 다리는 어떻게 만들까? 109
우리 삶을 편리하게 바꾼 다리 116
다리는 어떤 형식들이 있을까? 119
곡선이 아름다운 다리, 현수교 122
사장교 130
트러스교 137
아치교 141

제4장
 안전을 위한 도로교통 수학 153
수학이 정교하게 적용된 일상의 편리함, 도로 158
속도위반 탐정, 과속단속카메라 159
내비게이션은 어떻게 빠른 길을 알려줄까? 163
빠른 경로 탐색을 가능하게 한‘데이크스트라 알고리즘’ 168
의외로 곡선도로가 많은 고속도로 174
급곡선 도로에서 속도를 줄이지 않아도 되는 이유: 완화곡선 177
평평한 도로가 평평하지 않다? 183
고속도로 유령정체현상의 비밀 187
자동차의 주민등록번호 : 번호판의 의미 190
횡단보도 보행시간은 어떻게 정해질까? 194

제5장
 우주의 신비를 만나는 천문대의 주요 도구, 수학 199
인류의 로망 그리고 희망, 우주 204
지구, 달 , 태양의 크기 측정 207
지구의 크기 측정 208
달의 크기 측정 212
태양의 크기 측정 219
달이 400배나 큰 태양을 가리는 우주쇼의 합리적 이유 221
우주를 보는 또 하나의 눈, 망원경 226
굴절망원경 230
반사망원경 234
반사-굴절망원경 239
우주 망원경 240
보리소프 혜성, 만남 후 영원한 이별의 비밀은 쌍곡선 궤도! 250
우주선이 비행하는 곡선 경로, 호만전이궤도 257

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참고문헌 267
이미지 저작권 268