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산정동 고2수학과외

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오답을 되짚으며 시작하는 ∞-∞ 극한

학생의 풀이 기록에는 “x가 무한히 커지면 두 근호가 모두 ∞이므로 ∞-∞=0”이라고 적혀 있었다. 하지만 ∞는 실수가 아니므로 서로 뺄 수 있는 수가 아니다. 두 항의 차이가 실제로 어떤 값에 가까워지는지는 식의 구조를 변형해 확인해야 한다.

두 큰 근호항의 차이를 유리화하기

다음 극한을 살펴보자.

\[ \lim_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^2+3x}-\sqrt{x^2-x}\right) \]

두 근호의 차이에는 켤레식을 곱한다.

\[ \begin{aligned} &\sqrt{x^2+3x}-\sqrt{x^2-x}\\ &= \frac{(\sqrt{x^2+3x}-\sqrt{x^2-x}) (\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x})} {\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}}\\ &= \frac{(x^2+3x)-(x^2-x)} {\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}}\\ &= \frac{4x}{\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}}. \end{aligned} \]

상쇄 후 남는 차수와 계수 확인

분자에서는 \(x^2\)항이 상쇄되고 \(4x\)만 남는다. 분모의 두 근호에서 \(x\)를 묶으면

\[ \frac{4x}{\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}} = \frac{4}{\sqrt{1+\frac3x}+\sqrt{1-\frac1x}}. \]

\(x\to\infty\)일 때 \(\frac3x,\frac1x\to0\)이므로 극한은

\[ \frac{4}{1+1}=2 \]

이다. 따라서 원래 식의 값은 0이 아니라 2이다. 산정동과외에서도 이처럼 ‘무한대끼리 계산’하지 않고, 유리화 뒤 남는 차수와 계수를 확인하는 습관을 우선 점검할 수 있다.

세 근호가 있는 식에서의 선택 기준

근호가 세 항인 경우에는 무조건 한꺼번에 변형하기보다, 차이를 이루는 두 항을 먼저 고른다. 예를 들어 \[ \sqrt{x^2+2x+1}-\sqrt{x^2+1}+\sqrt{x} \] 에서 앞의 두 근호가 서로 가까워지는 구조라면 그 둘을 먼저 켤레식으로 묶는다. 나머지 항까지 임의로 포함하면 상쇄 구조가 흐려질 수 있다.

최종 검증

  • 두 근호항은 각각 \(x\to\infty\)에서 무한히 커진다.
  • 그러나 \(\infty-\infty\)는 0이 아니라 미정형이다.
  • 켤레식을 곱하면 \(x^2\)항이 상쇄되고 실제 차이가 드러난다.
  • 계산한 극한은 \(2\)이므로 최초 답 \(0\)은 틀렸다.

산정동 고2수학과외 학부모 후기

수학 교재를 가방에 넣기 전, 아이가 적분 문제의 그래프에서 교점과 적분구간의 경계 부분만 따로 표시해 두더라고요. 예전에는 다시 살펴볼 때 문제 안의 내용을 거의 같은 비중으로 훑는 편이라, 어디를 먼저 봐야 할지 잠시 찾곤 했거든요. 그날 산정동 수학과외 자료를 출력해 둔 것도 옆에서 보게 됐는데, 적분 문제를 풀면서 그래프를 그냥 지나치지 않고 교점과 구간 끝을 다시 짚고 있었습니다. 표시한 뒤에는 그 부분을 기준으로 식을 세웠고요. 예전에는 계산이나 식부터 들여다보는 모습이 많았는데, 이번에는 그래프에서 필요한 지점을 골라낸 다음 풀이를 이어 갔어요. 공부를 마칠 때도 표시가 여기저기 흩어져 있지 않고 교점과 구간 경계에만 남아 있어서, 다음에 확인할 부분이 한눈에 들어왔습니다. 마지막까지 그래프의 두 지점을 먼저 살펴본 점이 전과 달랐어요.

★★★★★학부모 후기

시험이 끝난 다음 날 저녁, 아이가 답지를 옆에 두고도 바로 펼치지 않더라고요. 전에 적어 둔 계산을 아래 줄부터 차례로 살펴보면서 어디서 흐름이 달라졌는지 확인하고 있더라고요. 예예전에는 채점이 끝나면 다시 볼 부분을 따로 남겨 두지 않고 그대로 넘겼거든요. 산정동 수학과외 이야기를 나누며 교재를 정리하던 때라 우연히 그 모습을 보게 됐는데, 답을 맞혔는지보다 자기 계산 과정을 먼저 보고 있는 점이 눈에 들어왔어요. 한 줄씩 손가락으로 따라가며 멈추는 부분도 있었습니다. 해설을 확인해야 하는 문제를 준비할 때도 같은 식으로 풀이를 먼저 거슬러 올라갔어요. 계산 옆에 작은 표시를 해 두고 나서야 답지를 펼쳤는데, 이번에는 답지의 풀이와 자기 계산을 바로 대조하지 않고 자신의 과정을 끝까지 살펴본 뒤 비교하더라고요.

★★★★★학부모 후기

시험이 끝난 뒤 아이와 다음 공부 계획을 이야기하다 보니, 예전처럼 한 과목에만 오래 매달리지 않으려는 모습이 눈에 띄었습니다. 산정동 수업에서는 어려운 문제 뒤에 부담 없이 풀 문제를 섞어 숙제와 복습을 조절하고, 막히면 설명을 들은 뒤 다시 시도하게 해 주셨습니다. 수업 후 스스로 해냈다고 말하는 날이 조금씩 늘어 부모로서 한결 안심이 됐습니다.

★★★★★학부모 후기

새 교재를 시작한 첫 주, 산정동 집에서 숙제를 펼치는 제 모습이 예전과 달라졌습니다. 전에는 풀이를 설명하기 어려워 수학을 미뤘지만, 선생님은 제가 겪었던 기초 문제로 다시 생각하게 하고 답 대신 정리할 기준을 알려주셨습니다. 해야 할 양을 나누어 받아들이고 질문도 미리 준비하게 된 점이 가장 뿌듯합니다.

★★★★★학부모 후기

주말에 늦잠을 자 수업 시간을 조정한 날에도 선생님은 아이의 생활 흐름을 먼저 살펴 무리 없이 일정을 다시 맞춰 주셨습니다. 수업 후에는 숙제 결과만 전하지 않고 그날 보인 집중도와 복습할 내용을 함께 알려 주셔서 산정동에서 지켜보는 부모 입장에서도 안심이 됐습니다. 시험 전에는 아이가 수업 전에 질문할 문제를 표시해 두는 모습도 보였습니다.

★★★★★학부모 후기