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원주율과 원주

둥근 물건을 실로 한 바퀴 감으면 실의 길이는 언제나 지름의 3배보다 조금 깁니다. 아르키메데스는 그 「조금」을 3 10/71과 3 1/7 사이로 좁혔습니다.

둥근 물건 세 개를 재 봅니다

머그컵, 접시, 음료 캔을 하나씩 준비해 보세요. 종이띠를 둘레에 한 바퀴 감고 겹치는 곳에 표시한 뒤, 띠를 펴서 길이를 잽니다. 이 길이가 원의 둘레인 원주입니다. 그다음 가운데를 지나도록 지름을 잽니다. 예를 들어 머그컵은 지름 8 cm에 원주 25.1 cm, 접시는 지름 24 cm에 원주 75.4 cm가 나왔다고 합시다. (원주) ÷ (지름)을 계산하면 머그컵은 25.1 ÷ 8 = 3.1375, 접시는 75.4 ÷ 24 ≈ 3.1417입니다. 접시가 머그컵보다 세 배나 넓은데도 두 몫은 소수 둘째 자리까지 같습니다.

이 몫은 크든 작든 모든 원에서 같고, 이 일정한 값을 원주율이라고 합니다. 기호로는 π(파이)라고 씁니다. 원주율은 3.141592…로 끝없이 이어지는 수라서 초등학교에서는 근삿값 3.14를 씁니다. 원주율이 일정하므로 (원주) = (지름) × (원주율)이고, 지름은 반지름의 2배이니 (원주) = (반지름) × 2 × (원주율)입니다. 식으로 쓰면 C = πd = 2πr입니다. 지름이 10 cm인 원의 원주는 10 × 3.14 = 31.4 cm입니다. 이제는 둘레에 실을 감지 않아도 지름만 재면 원주를 구할 수 있습니다. 직접 잰 값으로는 원주율을 정확히 얻을 수 없습니다. 종이는 늘어나고, 테두리에는 두께가 있고, 자의 눈금은 1 mm까지입니다. 측정으로는 앞의 두 자리 정도가 한계이고, 그보다 정확히 알려면 계산으로 따져야 합니다.

3D 모형을 불러오는 중

끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.

반지름이 2 cm인 원기둥입니다. 「펼치기」를 누르면 옆면이 직사각형으로 펼쳐집니다. 직사각형의 긴 변은 밑면 둘레를 감고 있던 부분이라서 길이가 밑면의 원주와 같습니다. r = 2이면 2 × 2 × π ≈ 12.57 cm입니다. r을 바꾸면서 전개도 줄을 읽어 보세요. 직사각형의 가로는 언제나 밑면 지름의 약 3.14배입니다.

두 다각형 사이에 원주율을 가둡니다

아르키메데스는 아무것도 재지 않고 원주율을 가두는 방법을 찾았습니다. 원 안에 꼭짓점 여섯 개가 모두 원 위에 오도록 정육각형을 그립니다. 정육각형은 원의 중심에서 만나는 정삼각형 여섯 개로 나뉘므로 한 변이 반지름과 같고, 둘레는 반지름의 6배이고 지름의 3배입니다. 원은 정육각형의 변마다 바깥으로 볼록하게 나와 있으니 원주는 지름의 3배보다 깁니다. 그러니 원주율은 3보다 큽니다. 이번에는 원 바깥에 네 점에서 원과 맞닿는 정사각형을 그립니다. 한 변이 지름과 같으니 둘레는 지름의 4배이고, 원은 그 안에 들어 있으므로 원주율은 4보다 작습니다.

파란색은 원 안의 정다각형, 주황색은 원 밖의 정다각형입니다. 지름이 1인 원이라면 안쪽 둘레는 원주율보다 작고 바깥쪽 둘레는 원주율보다 큽니다. 변이 12개만 되어도 원주율은 3.106과 3.215 사이로 좁혀집니다.

변의 수를 두 배로 늘리면 두 경계가 함께 좁아집니다. 지름이 1인 원에서 변이 8개이면 3.0615와 3.3137 사이, 16개이면 3.1214와 3.1826 사이, 64개이면 3.1403과 3.1441 사이입니다. 아르키메데스는 정육각형에서 시작해 변의 수를 12, 24, 48, 96으로 네 번 두 배씩 늘렸습니다. 소수도 삼각비도 없던 시대라 제곱근을 분수로 손으로 계산했습니다. 그가 얻은 결론은 원주율이 3 10/71보다 크고 3 1/7보다 작다는 것이었습니다. 소수로 쓰면 3.1408 < π < 3.1429입니다. 계산기로 정96각형의 둘레를 구하면 3.14103과 3.14271이고, 아르키메데스의 두 분수는 이 값들보다 살짝 바깥에 있어 두 부등식이 모두 맞습니다.

변의 수안쪽 정다각형의 둘레바깥쪽 정다각형의 둘레
42.82844.0000
63.00003.4641
83.06153.3137
123.10583.2154
163.12143.1826
243.13263.1597
323.13653.1517
483.13943.1461
643.14033.1441
963.14103.1427
배경숫자보다 기호가 훨씬 늦게 나왔습니다. 세인트앤드루스 대학교의 수학사 자료 MacTutor에 따르면, 지금과 같은 뜻으로 π를 처음 쓴 사람은 웨일스의 수학자 윌리엄 존스로, 1706년에 「3.14159 등 = π」라고 썼습니다. 오일러가 1737년에 이 기호를 쓰기 시작하면서 곧바로 표준이 되었습니다. 계산은 기호보다 훨씬 먼저 이루어졌습니다. 중국의 조충지(430~501)는 분수 355/113을 내놓았는데, 소수로 3.1415929라서 소수 여섯째 자리까지 맞습니다. MacTutor는 그가 아르키메데스의 연구를 알았을 가능성은 매우 낮다고 적고 있습니다.

실을 1 m 늘리면 얼마나 뜰까

공식이 직관을 이기는 문제 하나를 풀어 봅시다. 공에 실을 팽팽하게 감은 뒤, 실을 딱 1 m 늘려서 공 표면에서 어디나 같은 높이로 띄웁니다. 실과 공 사이의 틈은 얼마일까요? 새 원주가 C + 1이므로 새 반지름은 (C + 1) ÷ 2π입니다. 이것은 원래 반지름에 1 ÷ 2π, 약 0.159 m를 더한 값입니다. 틈은 약 15.9 cm입니다. 계산 어디에도 공의 크기가 나오지 않으니, 테니스공이든 지구만 한 공이든 답은 같습니다.

2022 개정 교육과정은 초등학교에서 원주율의 근삿값으로 3.14를 쓰게 하고, 원주와 원의 넓이를 구할 때 복잡한 계산은 계산기를 쓰게 합니다. 계산기의 π 키는 자릿수가 더 많아서 3.14로 계산한 값과 끝자리가 조금 다릅니다. 아래 문제에서는 둘 다 정답으로 처리합니다.

(원주) = (지름) × (원주율) = (반지름) × 2 × (원주율). 원주율 ≈ 3.14. 아르키메데스: 3 10/71 < π < 3 1/7.

  1. 지름이 10 cm인 원의 원주는? (원주율 3.14)
  2. 반지름이 3 cm인 원의 원주는? (원주율 3.14)
  3. 원주가 47.1 cm인 원의 지름은? (원주율 3.14)
  4. 원주가 62.8 cm인 원의 반지름은? (원주율 3.14)
  5. 지름이 0.7 m인 바퀴가 미끄러지지 않고 100바퀴 굴렀습니다. 굴러간 거리는 몇 m일까요? (원주율 3.14)
  6. 원 위에 꼭짓점이 있는 정육각형의 둘레는?
    • 지름의 3배
    • 지름의 2배
    • 지름의 4배
    • 지름의 π배
  7. 옳은 것은?
    • 3 10/71 < π < 3 1/7
    • π는 정확히 22/7이다
    • π는 정확히 3.14이다
    • π < 3
  8. 원 안의 정다각형으로 원주율보다 작은 값을 얻는 까닭은?
    • 변마다 호를 가로지르는 지름길이라서
    • 원보다 변이 적어서
    • 꼭짓점이 원 밖에 있어서
    • 변이 반지름보다 길어서
  9. 공에 감은 실을 1 m 늘려 고르게 띄웠습니다. 틈은 약 몇 cm일까요? (소수 첫째 자리까지)
  10. 반지름이 100인 원의 (원주) ÷ (지름)은 반지름이 1인 원과 비교하면?
    • 같다
    • 100배 크다
    • 100분의 1이다
    • 10배 크다
  11. 지름이 5 cm인 원에 꼭 맞게 바깥에 정사각형을 그렸습니다. 정사각형의 둘레는?
자주 하는 실수
  • 「원주율은 22/7이다.」 22/7 = 3.142857…이고 원주율은 3.141592…입니다. 아르키메데스는 22/7을 원주율보다 큰 쪽의 경계로 구했습니다.
  • 「원주 = 반지름 × 원주율」 원주율은 원주를 지름과 비교한 값입니다. 반지름을 쓰려면 2를 곱해야 합니다. 원주는 지름의 3배보다 커야 하는데 반지름 × 3.14는 지름의 약 1.57배밖에 안 됩니다.
  • 「캔으로 재니 3.05가 나왔으니 작은 원은 원주율이 다르다.」 작은 물건일수록 측정 오차가 상대적으로 커집니다. 지름이 6 cm인 캔에서 1 mm만 틀려도 둘째 자리가 바뀝니다. 비 자체는 모든 원에서 같습니다.
선생님 메모2022 개정 교육과정에서 이 내용은 초등학교 5~6학년군입니다. [6수03-15]에서는 여러 가지 원 모양 물체의 원주와 지름을 재서 원주율이 일정한 값임을 알고 근삿값을 쓰며, 해설에는 근삿값으로 3.14를 쓰게 한다고 되어 있습니다. [6수03-16]에서는 지름과 원주율로 원주를 직접 재지 않고 구합니다. 고려 사항에는 원주와 지름의 관계를 이해하고 원주율에 대한 양감을 기르게 하라는 말도 있습니다. 수업에서 막히는 곳은 반 전체의 측정표입니다. 3.05나 3.2가 섞여 나오면 학생들은 원주율이 물건마다 다르다고 생각합니다. 모두의 결과를 칠판에 적고 물건 크기 순으로 늘어놓은 뒤, 어느 측정이 가장 믿기 어려운지 물어보세요. 흩어진 값은 오차이고, 물건이 클수록 줄어듭니다.
핵심 정리
  • (원주) ÷ (지름)은 모든 원에서 같고, 이 값이 원주율 π = 3.14159…입니다.
  • (원주) = (지름) × (원주율) = (반지름) × 2 × (원주율). 근삿값 3.14를 씁니다.
  • 원 안의 정육각형으로 π > 3, 원 밖의 정사각형으로 π < 4를 알 수 있습니다.
  • 아르키메데스는 정96각형으로 3 10/71 < π < 3 1/7을 얻었습니다.
이 과정의 출처 (5)
  • Curriculum: 교육부 고시 제2022-33호 [별책 8] 수학과 교육과정 (ncic.re.kr/inv/org/download.do?year=2022&seq=10003559&orgType=ogi4, PDF read 2026-10-19: 초등학교 3~4학년군 [4수03-06] 원의 중심, 반지름, 지름을 이해하고 그 성질, [4수03-07] 컴퍼스로 여러 가지 크기의 원 그리기(해설: 원의 성질과 연결); 용어 원의 중심, 반지름, 지름; 초등학교 5~6학년군 [6수03-15] 원 모양 물체의 원주와 지름을 측정해 원주율이 일정함을 알고 근삿값 사용(해설: (원주) ÷ (지름), 근삿값 3.14), [6수03-16] 원주와 원의 넓이(해설: 지름과 원주율로 원주를 측정 없이 구함, 직사각형의 넓이를 구하는 방법을 이용해 원의 넓이), 고려 사항: 원주율에 대한 양감, 복잡한 계산은 계산기; 용어 원주, 원주율; 중학교 1~3학년군 [9수03-06] 부채꼴의 중심각과 호의 관계, 호의 길이와 넓이, [9수03-18] 원의 현에 관한 성질과 접선에 관한 성질을 이해하고 정당화, [9수03-19] 원주각의 성질을 이해하고 정당화; 용어 부채꼴, 중심각, 호, 현, 활꼴, 할선, 접선, 접점, 접한다, 원주각; 고려 사항: 복잡하게 변형된 평면도형의 넓이와 둘레는 다루지 않음, 원과 비례에 관한 성질은 다루지 않음, '접선의 길이'는 교수·학습 상황에서 사용 가능)
  • Textbook: OpenStax, Contemporary Mathematics, 10.4 Polygons, Perimeter, and Circumference (C = πd = 2πr, π = 3.141592654… is the ratio of circumference to diameter, d = 10 cm gives about 31.42 cm; Archimedes 287 to 212 BCE; inscribed and circumscribed perimeters for a circle of diameter 1: 4 sides 2.8284 and 4.00, 8 sides 3.0615 and 3.3137, 16 sides 3.1214 and 3.1826, 32 sides 3.1365 and 3.1517, 64 sides 3.1403 and 3.1441, 96 sides: openstax.org/books/contemporary-mathematics/pages/10-4-polygons-perimeter-and-circumference)
  • OpenStax Prealgebra 2e, 9.5 Solve Geometry Applications: Circles and Irregular Figures (d = 2r, C = 2πr = πd, A = πr², 3.14 or 22/7 for π and the calculator π key gives slightly different answers, a circumference of 47.1 cm gives a diameter of about 15 cm, a track shaped like a 105 m by 68 m rectangle with a semicircle at each end: openstax.org/books/prealgebra-2e/pages/9-5-solve-geometry-applications-circles-and-irregular-figures)
  • Euclid’s Elements, D. E. Joyce edition, Clark University (Book I Defs. 15 to 18 and guide: circle as a plane figure, the word centre from a Greek word for a prod or poker, Euclid has no word for radius; Book III Def. 2 touch, Def. 6 segment, Def. 9 stand upon, Def. 10 sector; Prop. 1 and corollary: the centre lies on the line that cuts a chord into equal parts at right angles; Prop. 3; Prop. 15 the diameter is greatest; Prop. 16 corollary; Prop. 17 tangent from a point; Prop. 18 radius to the point of contact perpendicular to the tangent; Prop. 20 angle at the centre double the angle at the circumference; Prop. 21 angles in the same segment equal; Prop. 22 opposite angles of a quadrilateral in a circle; Prop. 28; Prop. 31 angle in a semicircle right, guide: often called Thales’ theorem: mathcs.clarku.edu/~djoyce/elements/bookIII/bookIII.html)
  • History for story blocks only: MacTutor History of Mathematics, University of St Andrews, Archimedes of Syracuse (287 to 212 BC; Measurement of the Circle: π between 3 10/71 and 3 1/7 from inscribed and circumscribed 96-gons; On the sphere and cylinder: the surface of a sphere is four times a great circle: mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Archimedes/) and A history of Pi (Rhind papyrus about 1650 BC with good evidence for 4 × (8/9)² = 3.16; Archimedes 223/71 < π < 22/7 from 96 sides; Zu Chongzhi (430 to 501) 355/113; William Jones first used π with its present meaning in 1706, Euler adopted it in 1737: mathshistory.st-andrews.ac.uk/HistTopics/Pi_through_the_ages/).

확인한 날: 2026-10-19