간석지구 고2수학과외







두 곡선 사이의 넓이 오답은 교점 변화에서 시작된다
간석지구과외에서 이 유형을 다룰 때는 적분 계산보다 먼저 교점이 매개변수에 따라 움직이는지 확인해야 한다. 구간을 고정한 채 계수만 바꾸면 넓이 조건으로 매개변수를 찾을 수 없다.
문제의 출발점: 교점이 고정되어 있는가
곡선 \(y=x^2\)와 직선 \(y=kx\)가 이루는 넓이가 \(\frac{4}{3}\)일 때, \(k>0\)인 \(k\)의 값을 구하자.
두 곡선의 교점은
\[ x^2=kx \quad\Longrightarrow\quad x(x-k)=0 \]
이므로 \(x=0,\;x=k\)이다. 따라서 적분 구간은 처음부터 \([0,k]\)로 정해지는 것이 아니라 \(k\)에 따라 달라진다.
잘못된 풀이와 오류의 위치
오답에서는 교점을 \(0,1\)처럼 고정하고 다음과 같이 계산했다.
\[ \int_0^1(kx-x^2)\,dx \]
하지만 \(k\)가 변하면 직선의 기울기뿐 아니라 두 곡선의 오른쪽 교점 \(x=k\)도 변한다. 그러므로 이 식은 문제의 넓이를 나타내지 않는다.
교정된 넓이식
\(k>0\)일 때 \(0
\[ \int_0^k(kx-x^2)\,dx =\left[\frac{kx^2}{2}-\frac{x^3}{3}\right]_0^k =\frac{k^3}{6} \]
이다. 넓이가 \(\frac{4}{3}\)이므로
\[ \frac{k^3}{6}=\frac{4}{3} \quad\Longrightarrow\quad k^3=8 \quad\Longrightarrow\quad k=2 \]
최종 검증: 교점과 넓이를 함께 확인하기
\(k=2\)이면 두 곡선은 \(x=0,2\)에서 만나고, 넓이는
\[ \int_0^2(2x-x^2)\,dx =\left[x^2-\frac{x^3}{3}\right]_0^2 =4-\frac{8}{3} =\frac{4}{3} \]
이므로 조건과 일치한다.
이 유형에서 전이 여부를 판단하는 기준은 간단하다. 매개변수가 들어간 직선이나 곡선의 교점을 먼저 구하고, 그 교점이 적분 구간을 바꾸면 반드시 교점방정식과 넓이식을 함께 사용해야 한다.