






미분으로 그래프 개형 완성하기: 절편과 증감 정보의 결합
대구서부고등학교 학생의 풀이에서는 도함수 부호표와 절편을 각각 계산했지만, 그래프를 그릴 때 절편의 위치를 대략 정해도 된다고 판단한 점이 핵심 오류였다. 대구과외 수업에서는 계산 결과를 같은 좌표평면에서 서로 검증하도록 지도했다.
절편 하나가 그래프의 흐름을 바꾸는 문제
다음 함수의 그래프 개형을 그려 보자.
문제: \(f(x)=x^3-3x^2-4x\)의 x절편, y절편, 증감 구간을 구하고 그래프의 개형을 나타내시오.
학생 풀이에서 드러난 판단
학생은 \(f(x)=x(x+1)(x-4)\)로 인수분해하여 x절편이 \((-1,0),(0,0),(4,0)\)임을 구했다. 또한
\[ f'(x)=3x^2-6x=3x(x-2) \]
이므로 다음과 같이 판단했다.
- \(x<0\)에서 \(f'(x)>0\)
- \(0
- \(x>2\)에서 \(f'(x)>0\)
문제는 절편 세 점을 정확히 표시하지 않고, 증가와 감소 방향만 맞으면 그래프의 위치는 대략 그려도 된다고 생각한 부분이다. 이 경우 \(x=0\)에서 그래프가 지나가야 한다는 조건과 극대점의 위치가 어긋날 수 있다.
계산 결과를 하나의 좌표평면에 연결하기
절편과 극값 확인
인수분해 결과로 x절편은 \((-1,0),(0,0),(4,0)\)이고, y절편은 \(f(0)=0\)이므로 \((0,0)\)이다.
도함수의 부호에 따라 함수는 \((-\infty,0)\)에서 증가하고, \((0,2)\)에서 감소하며, \((2,\infty)\)에서 다시 증가한다. 따라서 \(x=0\)에서 극대, \(x=2\)에서 극소를 갖는다.
\[ f(0)=0,\qquad f(2)=8-12-8=-12 \]
극대점은 \((0,0)\), 극소점은 \((2,-12)\)이다.
그래프 개형의 순서
- 왼쪽 아래에서 출발한다.
- \((-1,0)\)을 지나 증가한다.
- \((0,0)\)에서 극대가 된다.
- 그 뒤 감소하여 \((2,-12)\)에서 극소가 된다.
- \((4,0)\)을 지나 오른쪽 위로 증가한다.
특히 \((0,0)\)은 x절편이면서 극대점이다. 따라서 그래프는 이 점을 지나면서도 \(x=0\) 부근에서 증가에서 감소로 방향을 바꾸어야 한다.
교정된 풀이와 최종 검증
교정된 그래프는 절편 세 점을 먼저 정확히 찍고, 극대점 \((0,0)\)과 극소점 \((2,-12)\)를 표시한 뒤 증감 방향을 연결한다. 단순히 위아래로 움직이는 모양만 맞추는 것이 아니라, 다음 조건을 모두 만족하는지 확인해야 한다.
- x축과 만나는 점이 \(-1,0,4\)인가?
- \(x=0\)에서 증가에서 감소로 바뀌는가?
- \(x=2\)에서 감소에서 증가로 바뀌는가?
- 극소점의 함수값이 \(-12\)인가?
- 최고차항의 계수가 양수이므로 양끝 방향이 왼쪽 아래, 오른쪽 위인가?
이 검증을 거치면 절편과 증감 정보가 서로 충돌하지 않는 그래프를 선택할 수 있다. 새로운 함수에서도 절편을 먼저 표시한 뒤 도함수 부호표를 겹쳐 확인하는 습관이 핵심이다.