신가동 고2수학과외







정지점인데 극값이 없었던 이유
학생은 도함수가 0이면 항상 극대나 극소라고 판단했다. 하지만 신가동과외 수업에서 먼저 확인한 것은 계산 결과가 아니라 도함수 인수의 중복도였다.
한 식에서 시작한 오류
함수 \(f(x)=x^3\)을 살펴보자.
\[ f'(x)=3x^2 \]
따라서 \(x=0\)에서 \(f'(0)=0\)이다. 그러나 \(3x^2\)는 \(x=0\)의 왼쪽과 오른쪽에서 모두 양수이다.
| 구간 | \(f'(x)\)의 부호 | 함수의 변화 |
|---|---|---|
| \(x<0\) | + | 증가 |
| \(x=0\) | 0 | 정지점 |
| \(x>0\) | + | 증가 |
중근의 핵심은 부호 변화
\(f'(x)=3x^2\)에서 \(x=0\)은 중복도 2인 중근이다. 짝수 중복 근은 일반적으로 도함수의 부호를 바꾸지 않으므로 극대·극소가 생기지 않을 수 있다. 실제로 \(f(x)=x^3\)은 계속 증가하므로 \(x=0\)에서 극값이 없다.
반대로 \(f(x)=x^4\)이면
\[ f'(x)=4x^3 \]
\(x=0\)은 홀수 중복 근이고, 도함수 부호가 음수에서 양수로 바뀐다. 따라서 \(x=0\)에서 극소가 생긴다.
교정된 판단 기준
도함수 0만으로 결론 내리지 않기
- 도함수를 구한다.
- \(f'(x)=0\)인 후보를 찾는다.
- 후보 좌우에서 도함수의 부호를 비교한다.
- +\(\to\)-이면 극대, -\(\to\)+이면 극소로 판정한다.
- 부호가 유지되면 극값이 없는 정지점으로 구분한다.
최종 확인
\(f'(x)=(x-1)^2(x+2)\)에서 \(x=1\)은 짝수 중복 근이다. \(x=1\)의 양옆에서 다른 인수 \(x+2\)는 양수이고 \((x-1)^2\)도 양수이므로 도함수 부호는 양수로 유지된다. 따라서 \(x=1\)에서는 극값이 없다.
반면 \(x=-2\)에서는 인수 \(x+2\)의 부호가 바뀌므로 극값 여부를 부호표로 판단할 수 있다. 이처럼 극대와 극소 문제에서는 도함수의 영점보다 부호 변화와 중복도를 함께 확인해야 한다.