






수완동과외에서 정리하는 조각함수 경계의 미분가능성
학생의 풀이 기록에는 다음과 같이 적혀 있었다.
“x=1에서 연속이어야 하므로 a+b=4이다. 따라서 a=1, b=3으로 정한다.”
연속 조건만으로 두 매개변수의 값을 모두 정한 것이 오류의 출발점이다. 미분가능성은 연속성보다 강한 조건이므로, 경계에서 좌우도함수까지 비교해야 한다.
주어진 문제와 첫 번째 판단
함수
f(x)=
2x가 아니라 ax+b (x<1),
x²+3 (x≥1)
가 x=1에서 미분가능하도록 하는 a, b를 구해 보자.
연속 조건
미분가능하면 반드시 연속이어야 한다. 따라서
limx→1−f(x)=a+b, f(1)=1²+3=4
이므로
a+b=4
좌우미분계수 조건
왼쪽 식 ax+b의 도함수는 a이고, 오른쪽 식 x²+3의 도함수는 2x이다. x=1에서
왼쪽 미분계수=a, 오른쪽 미분계수=2
이므로 미분가능하려면
a=2
두 조건을 함께 사용하면
a=2, b=2
를 얻는다.
왜 연속 조건만으로는 부족한가
a+b=4는 가능한 조합을 하나로 정하지 않는다. 예를 들어 (a,b)=(1,3), (a,b)=(3,1)도 모두 연속 조건을 만족한다.
하지만 좌우도함수를 비교하면 왼쪽 기울기는 a이고 오른쪽 기울기는 2이므로, a가 2가 아닌 경우에는 x=1에서 꺾임이 생긴다. 따라서 연속 조건은 함수값을 맞추는 조건이고, 미분가능 조건은 기울기까지 맞추는 조건이다.
최종 검증
a=2, b=2를 대입하면 왼쪽 식은 2x+2가 된다.
왼쪽 극한은 2·1+2=4이고 f(1)=4이므로 연속이다. 또한 왼쪽 도함수는 2, 오른쪽 도함수는 2x이므로 x=1에서 모두 2이다.
따라서 함수는 x=1에서 미분가능하고, 정답은 a=2, b=2이다.
풀이를 판별하는 기준
- 먼저 경계에서 함수값의 좌우 일치를 확인한다.
- 그다음 좌우미분계수가 같은지 계산한다.
- 매개변수가 두 개라면 독립적인 조건도 두 개 필요한지 점검한다.
수완고등학교나 명진고등학교 내신 문제에서도 조각함수의 경계 조건은 같은 방식으로 판단할 수 있다. 핵심은 “연속이면 미분가능하다”가 아니라 “미분가능하려면 연속이어야 하며, 좌우도함수도 일치해야 한다”는 점이다.