경사도

분류

분율

1. 개요

2. 상세

2.1. 철도의 구배

3. 변환 공식

3.1. 역변환

4. 관련 문서

경사도가 표시된 도로교통표지판

1 . 개요[편집]

slope · 傾斜度
분율(백분율, 천분율)로 경사를 표현하는 방식이다.

도로에 적혀있는 경사의 경우 퍼센트로 표시되어있는데 이걸 각도로 착각하는 사람들이 있다.[1] 사실은 수직거리/수평거리, 즉 탄젠트값을 백분율로 나타낸 것이다. 즉 경사도 100%의 기준은 45도가 된다([math(\tan 45\degree =1)]이므로). 경사각을 직접 측량하기는 까다롭기 때문에[2] 거리와 높이를 측정하는 방법을 쓰는 것이다.

가장 많이 보이는 값인 10%는[3] 대략 5.7° 정도의 다소 가파른 구배이며 20%는 약 11°로 매우 가파른 구배, 30%는 약 16°를 나타낸다. 반대로 30°는 58%로 마찰이 적으면 서있기도 힘든 수준으로 아파트 계단이 33도 정도다. 국내에서 자동차가 통행 가능한 가장 높은 급구배는 경기도 군포시 수리산에 있으며 40%(21.8도)의 경사를 자랑한다.[4] 스키장 등지에서는 50% 이상의 경사도인 곳도 있다.

사실 거의 모든 경사도에서 정확한 값의 각도가 나오지 않는다. 그 이유는 바로 아랫문단 참고.

2.1 . 철도의 구배[편집]

자세한 내용은 철도의 구배 문서를 참고하십시오.

철도에서는 퍼센트가 아닌 퍼밀(‰)로 나타내며 수직거리/수평거리를 천분율로 나타낸 것이다. 미세단위를 쓰는 것은 철도 위의 열차들이 도로의 차들만큼 급경사의 구배를 오르내리지 못하는 이유 때문이다.[5]

3 . 변환 공식[편집]

퍼센트로 표기된 경사도를 각도 [6]로 변환하는 공식은 아래와 같다.

[math(\begin{aligned} n \,\% &\triangleq \operatorname{atan2}(n,\,100) \\ &= \arctan \dfrac{n}{100} \\ &= \operatorname{Arg}(100+ni) \\ &= \dfrac{i}{2}\operatorname{Log}\left(\dfrac{i+n/100}{i-n/100}\right) \end{aligned})]
(단, [math(i \triangleq \sqrt{-1})])

[math(\rm atan2)]와 [math(\arctan)]은 역탄젠트 함수 [7], [math(\operatorname{Arg})]는 편각 [8], [math(\operatorname{Log})]은 분지 절단(branch cut)을 한 복소로그함수이다.[9] 일반적으로 환원 불능(casus irreducibilis)이 되기 때문에[10] 실수로만 표현하기 위해서는 테일러 전개를 하는 방법 [11] 등을 통해 근삿값으로만 구할 수밖에 없다. 위 네 식은 복소평면 위에서 동치이다.

퍼밀로 경사도가 주어졌을 경우, 위 식에서 100을 1000으로 바꾸면 된다.

자명한 경우로, [math(n=0)](완전 수평)또는 [math(n=100)](밑변=높이)인 경우를 생각할 수 있는데 전자는 [math(0)]이 나오고 후자의 경우 [math(\pi/4(=45\degree))]가 나온다.

3.1 . 역변환[편집]

경사도의 정의가 탄젠트값이므로, 각도를 경사도로 바꾸기 위해서는 각도에 탄젠트를 취해주고 분율로 표현하면 된다. 해당 각도가 특수각 [12]이 아닐 경우, 환원 불능이 된다.[13]

[math({\displaystyle \tan x = -i \frac{e^{ix}-e^{-ix}}{e^{ix}+e^{-ix}}})]
(단, [math(i \triangleq \sqrt{-1})])

[math(e)]는 자연로그의 밑이다.

4 . 관련 문서[편집]

업힐

[1] 참고로 경사도와 각도 모두 무차원량이다. 둘 모두 정의가 길이÷길이이기 때문.[2] 수평기가 있긴 하지만 길이보다는 정밀한 측정이 어렵다.[3] 아무 곳이나 대충 10%로 표기한 곳도 있다.[4] 이보다 더 심한 45%짜리 경사가 존재하나 김포시 민간인통제구역 군사시설 내부에 있는 관계로 민간인은 이용할 수 없다.[5] 단, 고무차륜열차는 예외적으로 상대적으로 높은 경사도에서도 주행할 수 있다.[6] 이때의 단위는 라디안이다. 도(°) 단위로 보려면 [math(180/\pi)]를 곱해주면 된다.[7] [math(\rm atan2)]는 [math(\arctan)]의 이변수함수 꼴이다.[8] 경사도의 정의와 각도의 관계를 나타내는 가장 근본적인 식이라고 볼 수 있다.[9] 기본적으로 복소로그함수는 다가 함수이므로, 일대일대응이 되게 공역의 범위를 제한할 수 있는데 이를 분지 절단이라고 한다.[10] 즉, 허수단위 [math(\boldsymbol i)]를 뺀 상태로 표기할 수 없다.[11] [math(\displaystyle \begin{aligned} \arctan x &= \sum_{n=0}^\infty \frac{\left(-1\right)^n x^{2n+1}}{2n+1} \\ &= x - \frac{x^3}3 + \frac{x^5}5 - \frac{x^7}7 + \cdots\cdots \ (|x| \le 1) \end{aligned})][12] 작도 가능한 각[13] 물론, 특수각이어도 아래처럼 경사도라고 하기 뭣한 것(...)도 존재하긴 하다.
[math(\tan 12\degree = \sqrt{23 - 10\sqrt{5} - 2 \sqrt{3(85 - 38\sqrt{5})}})]
참고로 이 값을 퍼센트로 표기하면 약 21.26%가 된다.

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경사도

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2. 상세[편집]

2.1. 철도의 구배[편집]

3. 변환 공식[편집]

3.1. 역변환[편집]

4. 관련 문서[편집]

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1 . 개요[편집]

2 . 상세[편집]

2.1 . 철도의 구배[편집]

3 . 변환 공식[편집]

3.1 . 역변환[편집]

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