수완지구 고2수학과외







그래프에서 먼저 확인한 지수부등식
학생의 풀이 기록에는 다음 결론이 적혀 있었다.
문제: \(2^x>2^{2-x}\)의 해를 구하여라.
학생 풀이: 밑이 같으므로 \(x>2-x\), 따라서 \(x>1\)
계산 자체는 맞지만, 답을 구한 뒤 그래프에서 해 구간을 확인하지 않은 점이 오류의 시작이었다. 수완지구과외 수업에서는 대수적 계산과 그래프 검증을 함께 진행했다.
교점과 위아래 관계
두 함수를 \(y=2^x\), \(y=2^{2-x}\)로 놓으면 교점은
\[ 2^x=2^{2-x}\Rightarrow x=1,\qquad y=2 \]
이다. \(y=2^x\)는 증가하고 \(y=2^{2-x}\)는 감소하므로 \(x>1\)에서 첫 번째 그래프가 위에 놓인다. 따라서 부등식의 해는
\[ \boxed{x>1} \]
이며, 그래프의 오른쪽 구간과 대수 계산 결과가 일치한다.
새로운 문제에 적용하기
이번에는 밑을 통일해야 하는 문제를 살펴본다.
문제: \(3^{x-1}\le 9^{2-x}\)의 해를 구하여라.
밑을 같게 만든 뒤 방향 판단
\(9=3^2\)이므로
\[ 3^{x-1}\le 3^{4-2x} \]
밑 \(3\)은 \(1\)보다 크므로 지수의 부등호 방향은 바뀌지 않는다.
\[ x-1\le4-2x \Rightarrow 3x\le5 \Rightarrow \boxed{x\le\frac53} \]
그래프 검증으로 마무리
함수 \(y=3^{x-1}\)는 증가하고, \(y=9^{2-x}=3^{4-2x}\)는 감소한다. 두 그래프의 교점의 \(x\)좌표는 \(\frac53\)이다.
따라서 교점의 왼쪽인 \(x\le\frac53\)에서 \(3^{x-1}\)이 아래에 놓인다. 그래프가 보여 주는 성립 구간이 계산 결과와 같으므로 최종 해는
\[ \boxed{(-\infty,\frac53]} \]
이다. 지수함수는 모든 실수 \(x\)에서 정의되므로 별도의 정의역 제한은 없다.