1. 공약수와 공배수

최대공약수와 최소공배수를 이해하기 위해 먼저 공약수와 공배수를 알아보자.

공약수

두 수의 공통인 약수를 공약수라고 한다.

예를 들어 12와 18의 약수는 다음과 같다.

12의 약수

$$
1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 6,\ 12
$$

18의 약수

$$
1,\ 2,\ 3,\ 6,\ 9,\ 18
$$

공통으로 나타나는 약수는

$$
1,\ 2,\ 3,\ 6
$$

이므로 이것이 공약수이다.


공배수

두 수의 공통인 배수를 공배수라고 한다.

예를 들어

12의 배수

$$
12,\ 24,\ 36,\ 48,\ 60,\ \cdots
$$

18의 배수

$$
18,\ 36,\ 54,\ 72,\ \cdots
$$

공통으로 나타나는 배수는

$$
36,\ 72,\ 108,\ \cdots
$$

이다.


2. 최대공약수

두 수 이상의 공약수 중 가장 큰 수를 최대공약수라고 한다.

기호로는

$$
\gcd
$$

또는

$$
GCD
$$

를 사용하기도 한다.


예제 1

12와 18의 최대공약수를 구하시오.

12의 약수

$$
1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 6,\ 12
$$

18의 약수

$$
1,\ 2,\ 3,\ 6,\ 9,\ 18
$$

공약수

$$
1,\ 2,\ 3,\ 6
$$

가장 큰 공약수는

$$
6
$$

따라서 최대공약수는

$$
6
$$

이다.


3. 최소공배수

두 수 이상의 공배수 중 가장 작은 수를 최소공배수라고 한다.

기호로는

$$
\operatorname{lcm}
$$

또는

$$
LCM
$$

을 사용한다.


예제 2

12와 18의 최소공배수를 구하시오.

12의 배수

$$
12,\ 24,\ 36,\ 48,\ \cdots
$$

18의 배수

$$
18,\ 36,\ 54,\ 72,\ \cdots
$$

가장 작은 공배수는

$$
36
$$

이므로 최소공배수는

$$
36
$$

이다.


4. 소인수분해를 이용한 최대공약수

큰 수의 경우 약수를 모두 찾는 것은 어렵다.

이때 소인수분해를 이용하면 쉽게 구할 수 있다.

예제)

24와 36의 최대공약수를 구하시오.

먼저 소인수분해한다.

$$
24 = 2^3 \times 3
$$

$$
36 = 2^2 \times 3^2
$$

공통으로 있는 소인수만 선택한다.

$$
2^2,\ 3
$$

지수가 작은 것을 선택한다.

따라서

$$
\gcd(24,36)=2^2 \times 3
$$

$$
=4 \times 3
$$

$$
=12
$$


최대공약수 구하는 방법
  1. 각 수를 소인수분해한다.

  2. 공통으로 나타나는 소인수를 찾는다.

  3. 지수는 더 작은 것을 선택한다.

  4. 모두 곱한다.


5. 소인수분해를 이용한 최소공배수

예제)

24와 36의 최소공배수를 구하시오.

소인수분해

$$
24 = 2^3 \times 3
$$

$$
36 = 2^2 \times 3^2
$$

모든 소인수를 사용한다.

지수는 더 큰 것을 선택한다.

따라서

$$
\operatorname{lcm}(24,36)
=2^3 \times 3^2
$$

$$
=8 \times 9
$$

$$
=72
$$


최소공배수 구하는 방법
  1. 각 수를 소인수분해한다.

  2. 나타난 모든 소인수를 적는다.

  3. 지수는 더 큰 것을 선택한다.

  4. 모두 곱한다.


6. 최대공약수와 최소공배수의 관계

두 자연수 $$a$$, $$b$$에 대하여

$$
a \times b\gcd(a,b)\times\operatorname{lcm}(a,b)
$$

가 성립한다.


예제 3

24와 36에 대해 확인해 보자.

최대공약수

$$
12
$$

최소공배수

$$
72
$$

따라서

$$
12 \times 72=864
$$

한편

$$
24 \times 36=864
$$

두 값이 같음을 확인할 수 있다.


7. 최대공약수의 활용
예제 4

사과 24개와 배 36개를 남김없이 똑같이 나누어 담으려고 한다.

만들 수 있는 상자의 최대 개수는?

사과와 배가 모두 똑같이 나누어져야 하므로

$$
\gcd(24,36)
$$

을 구한다.

$$
\gcd(24,36)=12
$$

따라서

$$
12
$$

개의 상자를 만들 수 있다.


8. 최소공배수의 활용
예제 5

A 버스는 12분마다 출발하고

B 버스는 18분마다 출발한다.

두 버스가 동시에 출발한 후 다시 함께 출발하는 시간은?

$$
\operatorname{lcm}(12,18)
$$

을 구한다.

$$
12=2^2 \times 3
$$

$$
18=2 \times 3^2
$$

따라서

$$
\operatorname{lcm}=(12,18)2^2 \times 3^2=36
$$

즉,

$$
36
$$

분 후에 다시 함께 출발한다.


9. 예제 문제
예제 6

18과 30의 최대공약수를 구하시오.

$$
18=2 \times 3^2
$$

$$
30=2 \times 3 \times 5
$$

공통 인수

$$
2,\ 3
$$

따라서

$$
\gcd(18,30)=2 \times 3

6
$$


예제 7

18과 30의 최소공배수를 구하시오.

모든 소인수를 사용하면

$$
\operatorname{lcm}(18,30)=2 \times 3^2 \times 5
$$

$$
=90
$$


10. 핵심 정리
최대공약수
  • 공약수 중 가장 큰 수

  • 공통 소인수의 지수가 작은 것을 선택한다.

예)

$$
24=2^3 \times 3
$$

$$
36=2^2 \times 3^2
$$

$$
\gcd(24,36)=2^2 \times 3=12
$$


최소공배수
  • 공배수 중 가장 작은 수

  • 모든 소인수의 지수가 큰 것을 선택한다.

예)

$$
24=2^3 \times 3
$$

$$
36=2^2 \times 3^2
$$

$$
\operatorname{lcm}(24,36)=2^3 \times 3^2=72
$$


중요한 공식

$$
a \times b=\gcd(a,b)\times\operatorname{lcm}(a,b)
$$

최대공약수는 “공통 부분”,

최소공배수는 “모든 부분”을 사용한다는 점을 기억하자.