양산지구 고2수학과외







교점의 개수는 식을 푸는 일보다 먼저 보인다
양산지구과외에서 지수방정식의 해의 개수를 다룰 때는 계산을 끝까지 밀어붙이기보다 두 식을 그래프로 나누어 보는 습관이 중요합니다. 방정식의 실근은 두 그래프가 만나는 점의 x좌표이기 때문입니다.
문제의 출발점
실수 전체에서 다음 방정식의 실근 개수를 매개변수 a의 값에 따라 판단하시오.
2x = x + a
좌변을 y = 2x, 우변을 y = x + a로 두면, 지수함수와 기울기가 1인 직선의 교점 개수를 묻는 문제가 됩니다.
그래프의 이동보다 최소값을 먼저 확인한다
두 함수의 차로 정리하기
방정식을 다음과 같이 바꿉니다.
2x - x = a
이제 함수 f(x) = 2x - x의 그래프와 수평선 y = a의 교점 개수를 조사하면 됩니다.
f(x)는 x가 매우 작아질 때 -x의 영향으로 무한히 커지고, x가 매우 커질 때 2x의 영향으로 무한히 커집니다. 따라서 중간에 하나의 최솟값을 가집니다.
접하는 순간이 경계가 된다
미분을 이용하면
f′(x) = 2x ln 2 - 1
이므로 최솟값을 갖는 x는
2x = 1 / ln 2
입니다. 따라서
x = log2(1 / ln 2)
이고, 최솟값은
m = 1 / ln 2 - log2(1 / ln 2)
입니다. 같은 값을 다른 형태로 쓰면
m = 1 / ln 2 + log2(ln 2)
이며, 대략 0.914입니다.
매개변수에 따른 최종 판정
| a의 범위 | 수평선과 그래프의 관계 | 실근의 개수 |
|---|---|---|
| a < m | 최솟값보다 아래 | 0개 |
| a = m | 그래프에 접함 | 1개 |
| a > m | 그래프와 두 번 만남 | 2개 |
따라서 해의 개수는 식을 직접 풀어 근을 구하지 않아도 판단할 수 있습니다. 핵심은 2x - x의 최솟값과 수평선의 높이 a를 비교하는 것입니다. 광주고등학교나 광주제일고등학교처럼 풀이 과정을 서술해야 하는 상황에서도 ‘함수 설정 → 최솟값 확인 → 교점 개수 판정’의 순서를 유지하면 논리가 분명해집니다.