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도함수의 부호표, 경계를 잘못 잡으면 결론도 달라진다

대구제일고등학교 학생의 풀이 기록에는 다음과 같은 식이 남아 있었다.

문제 도함수의 부호를 조사하여 함수의 증가·감소 구간을 구하여라.

\[ f'(x)=\frac{(x+2)(x-1)}{x-3} \]

학생은 \(f'(x)=0\)에서 \(x=-2,1\)을 구했지만, 수직선에는 \(1,3\)만 표시했다. \(x=3\)에서는 도함수가 정의되지 않는다는 점은 적었으나, \(x=-2\)를 빠뜨린 것이다. 이처럼 대구동동과외를 찾는 학생들이 자주 놓치는 부분은 부호 계산보다 먼저 해야 할 경계 설정이다.

수직선에 표시해야 할 값

부호표의 경계는 두 종류를 모두 포함해야 한다.

  • 도함수가 0이 되는 점: \(x=-2,1\)
  • 도함수가 정의되지 않는 점: \(x=3\)

따라서 수직선은 다음 네 구간으로 나누어야 한다.

\[ (-\infty,-2),\quad (-2,1),\quad (1,3),\quad (3,\infty) \]

부호 확인

구간 \(x+2\) \(x-1\) \(x-3\) \(f'(x)\)
\((-\infty,-2)\) - - - -
\((-2,1)\) + - - +
\((1,3)\) + + - -
\((3,\infty)\) + + + +

오답과 교정 풀이 비교

오답 풀이: \(x=-2\)를 누락하여 \((-\infty,1)\)을 하나의 구간으로 처리했다. 이 경우 실제로는 \(x=-2\)를 지나며 부호가 음수에서 양수로 바뀌는 사실을 확인할 수 없다.

교정 풀이: 근과 정의불가점을 모두 표시한 뒤 부호를 조사한다.

\[ f'(x)<0\quad \text{on }(-\infty,-2),(1,3) \] \[ f'(x)>0\quad \text{on }(-2,1),(3,\infty) \]

따라서 함수는 \((-2,1)\), \((3,\infty)\)에서 증가하고, \((-\infty,-2)\), \((1,3)\)에서 감소한다. \(x=3\)은 정의되지 않으므로 증가·감소 구간을 연결해서 쓰면 안 된다.

최종 점검 기준

  1. \(f'(x)=0\)의 모든 실근을 구한다.
  2. 분모가 0이 되는 정의불가점도 찾는다.
  3. 두 종류의 값을 모두 수직선에 표시한다.
  4. 각 구간에서 도함수의 부호를 확인한다.

비산동과외에서 이 유형을 점검할 때도 계산 결과만 보지 말고, 부호표의 경계가 빠짐없이 만들어졌는지부터 확인해야 한다.

비산동 고2수학과외 학부모 후기

주말에 시험 범위를 다시 펼쳐 놓고 있는 걸 보니, 맞힌 문제도 그냥 넘기지 않더라고요. 풀이를 하나 더 살펴보면서 어느 쪽이 더 간단한지 비교하더니 필요한 부분에만 작게 체크하고 자료를 정리했어요. 답을 맞혔는지만 확인하던 모습과는 조금 달랐습니다. 학교에서 단원평가를 본 날에는 책상 주변을 치우다가 문제집 한쪽을 다시 펼쳤어요. 이미 맞은 문제였는데도 풀이 과정을 처음부터 따라가며 더 짧게 풀 수 있는지 살펴보고 있었습니다. 비산동 수학과외 이야기를 나누던 때에도 이런 장면이 인상적이었는데, 그날에는 특히 계산 결과보다 풀이의 길이를 따져 보는 모습이 눈에 띄었어요. 예전에는 공부 시간이 끝나면 확인하지 못한 부분까지 그대로 덮어 두는 일이 많았거든요. 이번에는 맞힌 문제 하나를 다시 들여다본 뒤, 두 풀이 중 더 간결한 쪽을 골라 표시했습니다.

★★★★★학부모 후기

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★★★★★학부모 후기

비산동에서 수학 과외를 시작하기 전에는 조금만 어려워도 손을 놓고, 모르는 문제를 들키기 싫어 질문할 것조차 표시하지 않았습니다. 선생님은 지난주에 틀린 문제를 다시 풀게 하며 틀린 이유를 편하게 말하도록 기다려 주셨고, 시험 전에는 부족한 부분과 다음에 할 일을 나눠 관리했습니다. 이제는 틀려도 오래 주눅 들지 않고 질문할 문제를 스스로 표시해 둡니다.

★★★★★학부모 후기

비산동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 공부 계획을 자주 미루고 복습보다 다음 진도를 서두르는 편이었습니다. 시험 범위를 처음 받은 날에도 선생님은 제 생각을 먼저 물으며 편하게 대화를 이어갔고, 수업 중 집중이 흐트러지면 같은 설명을 반복하기보다 문제나 활동을 바꿔 주셨습니다. 평소보다 어려운 문제를 만나도 예전처럼 겁부터 나지 않고, 수학을 시작할 때의 부담도 조금 줄었습니다.

★★★★★학부모 후기

예전에는 평일에 집에 와서 숙제를 시작해도 한 문제에서 막히면 금방 지치고 답만 확인하려 했습니다. 비산동 수업을 들으며 다음 시간에 물어볼 문제를 스스로 표시하고, 시험 기간에는 풀이 과정을 먼저 말해 보면서 막힌 부분을 차분히 찾게 됐습니다. 요즘은 공부할 분량을 확인한 뒤 시작하는 모습이 자연스러워져 성적보다 그 변화가 더 반갑습니다.

★★★★★학부모 후기