봉선동 고2수학과외







그래프 후보를 먼저 줄이는 방법
함수 \(f(x)=-x^4+4x^3-3x^2\)의 그래프 개형을 고르는 문제를 살펴보자. 학생은 \(4x^3\)의 양의 부호를 보고 오른쪽 끝이 위로 향한다고 판단했지만, 이는 최고차항이 아닌 중간항에 근거한 오류였다.
| 구간 | 예상되는 함수값의 방향 |
|---|---|
| \(x\to-\infty\) | \(-\infty\) |
| \(x\to+\infty\) | \(-\infty\) |
양끝 거동은 최고차항으로 결정된다
최고차항은 \(-x^4\)이다. 차수가 짝수이고 계수가 음수이므로 \(x\)가 양의 무한대로 가든 음의 무한대로 가든 \(f(x)\)는 \(-\infty\)로 간다. 따라서 양쪽 끝이 모두 아래로 향하는 후보만 남겨야 한다.
중간항 \(4x^3-3x^2\)은 가운데 부분의 굴곡과 극값 위치에는 영향을 주지만, 양끝 방향을 바꾸지는 않는다.
극값으로 가운데 모양 확인하기
도함수는
\[ f'(x)=-4x^3+12x^2-6x=-2x(2x^2-6x+3) \]
이므로 임계점은
\[ x=0,\quad x=\frac{3-\sqrt3}{2},\quad x=\frac{3+\sqrt3}{2} \]
이다. 이 점들을 기준으로 증가와 감소가 바뀌는지 확인하면 가운데에 여러 굴곡이 생길 수 있음을 알 수 있다. 다만 어떤 굴곡이 나타나더라도 양끝은 반드시 아래로 향해야 한다.
부호표를 이용한 독립 판단
도함수의 부호를 구간별로 조사하면 \(f'(x)\)의 부호는 순서대로 \(+\), \(-\), \(+\), \(-\)가 된다. 따라서 함수는 증가, 감소, 증가, 감소의 흐름을 보인다. 이 결과와 양끝 거동을 함께 사용하면 그래프 후보를 스스로 걸러낼 수 있다.
최종 검증
교정 전 풀이는 \(4x^3\)의 부호 때문에 오른쪽 끝을 위로 그렸다. 교정 후에는 다음 세 가지를 차례로 확인했다.
- 최고차항은 \(-x^4\)이다.
- 짝수 차수와 음의 계수이므로 양끝은 모두 아래로 향한다.
- 도함수의 임계점은 가운데 굴곡을 결정할 뿐 양끝 거동을 바꾸지 않는다.
따라서 양끝 중 하나라도 위로 향한 그래프는 제외한다. 이런 식의 검산은 봉선동과외에서 그래프 개형을 다룰 때도 계산 결과보다 먼저 적용할 수 있는 핵심 판단 기준이다.