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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.

수완동 고2수학과외 학부모 후기

주말 오전 책상을 정리하다가 아이가 문제 조건을 자기 말로 짧게 바꿔 적어 둔 메모를 보게 됐어요. 긴 문장을 그대로 옮긴 게 아니라, 문제를 풀 때 필요한 내용만 간단히 추려 놓았더라고요. 그 옆에는 식과 함께 연결해 둔 흔적도 보였고요. 수완동 수학과외를 알아보던 때부터 이런 모습을 유심히 보게 됐는데, 예예전에는 답이 맞는지 틀리는지만 확인한 뒤 관련 자료를 다시 펼쳐 보는 일이 드물었거든요. 그런데 이번에는 조건 전체를 붙잡기보다 필요한 부분을 나눠 적고, 식 옆에서 바로 확인할 수 있게 해 둔 점이 달랐어요. 주말에 다른 문제집을 펼쳤을 때도 긴 조건 중 필요한 내용만 골라 식 옆에 적어 두었어요. 마지막에는 나중에 확인할 부분만 남겨 놓고 정리를 끝냈는데, 문제마다 조건을 읽는 자리가 조금씩 보이더라고요.

★★★★★학부모 후기

가방에서 시험지를 꺼내던 아이가 바로 채점하지 않고, 같은 문제의 숫자 몇 개를 손으로 가린 뒤 다시 풀어보더라고요. 답이 맞았는지만 보던 모습과는 조금 달라서 저도 옆에서 잠깐 지켜보게 됐어요. 예예전에는 결과가 맞으면 중간에 어떤 과정을 거쳤는지는 거의 확인하지 않았거든요. 수완동 수학과외를 알아보던 중에도 이런 장면이 집에서 보일까 싶었는데, 이번에는 숫자가 달라져도 같은 판단으로 풀 수 있는지를 스스로 살피고 있었습니다. 단순히 답을 외운 건 아닌지 확인하려는 듯했어요. 새 문제집을 펼쳐 첫 문제를 풀 때도 숫자 일부를 가린 채 같은 방식으로 다시 풀었습니다. 확인이 끝난 부분과 다시 살펴볼 부분을 나눠두고, 두 곳을 따로 보고 있더라고요.

★★★★★학부모 후기

확률 문제를 풀던 아이가 답지부터 찾지 않고 종이 한쪽에 가능한 경우를 하나씩 적어 작은 표를 만들고 있더라고요. 같은 경우가 겹치면 줄을 그어 지우면서 표를 다시 살펴보길래, 왜 저렇게까지 하나 싶어 옆에서 잠깐 보게 됐어요. 예예전에는 공부가 끝나면 다시 볼 문제를 따로 표시해 두는 일이 거의 없었거든요. 수학시험 다음 날 저녁, 책상 주변을 치우다가 그 표가 있는 문제집을 발견했어요. 단순히 답만 맞춰 본 게 아니라 경우를 나눠 놓고 중복되는 항목을 직접 지운 흔적이 남아 있었습니다. 수완동 수학과외를 알아보며 여러 이야기를 나눴던 때와는 별개로, 집에서 보인 장면만 놓고 봐도 풀이를 확인하는 방식이 달라졌다는 생각이 들었어요. 이후 다른 교재를 펼쳤을 때도 작은 표 안에서 겹치는 경우를 먼저 지우고 계산을 이어가고 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

시험 범위를 처음 받은 날, 아이가 수완동 수학과외 선생님께 준비한 내용을 차분히 보여주는 모습이 기억에 남았습니다. 어려운 문제를 만나도 예전처럼 답지부터 찾지 않고 먼저 질문해 보며, 집중이 흐트러지면 문제를 바꾸고 그날 할 일과 다음 복습을 나눠 관리해 주셨습니다. 집에서도 수학을 시작할 때의 부담이 조금 줄어든 듯합니다.

★★★★★학부모 후기

시험 결과보다 과정을 돌아보니, 수완동 수학과외를 시작하기 전보다 공부를 대하는 마음이 한결 편해졌습니다. 난도가 갑자기 높아진 단원에서도 선생님은 혼자 풀 수 있는 부분은 기다려 주고 막힐 때만 힌트를 주셔서, 숙제를 몰아서 하던 습관도 조금씩 줄었습니다. 수업 중 조용하던 저도 이제는 이해가 안 되는 부분을 묻고 대답하는 목소리도 자연스러워졌습니다.

★★★★★학부모 후기

수완동에서 수학 과외를 시작한 뒤, 선생님과 수업 이야기를 나눌 때 아이를 몰아붙이기보다 현재 학습 상태를 차분히 살펴 주신다는 인상을 받았습니다. 학기 초 첫 시험을 준비하며 숙제도 무리하게 앞서가기보다 학교 진도를 꼼꼼히 복습했고, 이제는 모르는 문제를 피하지 않고 하나씩 해결해 보려는 모습이 눈에 띕니다.

★★★★★학부모 후기