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거듭제곱근과 지수법칙: 짝수근의 실수 조건부터 확인하기

최종 답을 계산으로 밀어붙이기 전에, 각 근호식이 실수 범위에서 정의되는지 먼저 판정해야 한다.

후보를 먼저 줄이는 최종 검증

다음 식의 정의역을 구해 보자.

\(A=\sqrt{2-x}\), \(B=\sqrt[4]{x+1}\), \(C=\sqrt[3]{x-3}\), \(D=\sqrt{-x^2-1}\)

근의 차수 실수 조건 정의역
\(A\) 짝수 \(2-x\ge 0\) \(x\le 2\)
\(B\) 짝수 \(x+1\ge 0\) \(x\ge -1\)
\(C\) 홀수 모든 실수 \(x\) \(\mathbb{R}\)
\(D\) 짝수 \(-x^2-1\ge 0\) 없음

\(-x^2-1\ge0\)은 \(x^2\le-1\)과 같으므로 실수 해가 없다. 따라서 \(D\)는 실수 범위에서 어떤 \(x\)를 대입해도 정의되지 않는다.

처음 풀이에서 생긴 오류

음수인 피근수를 그대로 계산한 경우

학생은 \(D=\sqrt{-x^2-1}\)에 대해 \(x=0\)을 대입하여 \(\sqrt{-1}\)을 얻은 뒤, 음수의 제곱근도 계산할 수 있다고 판단했다.

하지만 실수 범위에서 짝수근은 피근수가 음수가 될 수 없다. \(\sqrt{a}\)와 \(\sqrt[4]{a}\)가 실수가 되려면 반드시 \(a\ge0\)이어야 한다.

근의 차수에 따른 판정

  • 짝수근: 피근수 \(\ge0\)
  • 홀수근: 피근수의 부호와 관계없이 모든 실수에서 정의

따라서 \(\sqrt[3]{x-3}\)은 모든 실수 \(x\)에서 정의되지만, \(\sqrt{x-2}\)는 \(x\ge2\)일 때만 정의된다.

새 식에 적용하기

이번에는

\[ f(x)=\sqrt{x-1}+\sqrt[3]{2x+5}+\sqrt[4]{7-x} \]

의 정의역을 구해 보자.

짝수근이 포함된 항만 확인하면 된다.

\[ x-1\ge0,\qquad 7-x\ge0 \]

따라서

\[ x\ge1,\qquad x\le7 \]

두 조건을 동시에 만족해야 하므로 정의역은

\[ \boxed{1\le x\le7} \]

세제곱근 항 \(\sqrt[3]{2x+5}\)에는 별도의 부호 조건이 필요하지 않다. 핵심은 계산보다 먼저 짝수근의 피근수가 음수가 아닌지 확인하는 것이다.

대구 고2수학과외 학부모 후기

문제집 맨 뒤쪽에 평소 잘 틀리는 계산 습관을 짧게 적어 둔 걸 보고 잠깐 멈춰서 보게 됐어요. 공부 계획표를 새로 쓰던 저녁이었는데, 단순히 할 일만 적어 놓은 게 아니라 계산할 때 반복되는 부분을 따로 남겨 둔 게 눈에 들어왔습니다. 예예전에는 공부를 마치면 바로 정리하고 지나가는 일이 많아서 이런 메모는 거의 없었거든요. 대구 수학과외 이야기를 나누던 중에도 아이가 적어 둔 내용을 다시 펼쳐 보더라고요. 모의고사 해설을 확인하기 전에는 같은 계산 실수를 짧은 문장으로 먼저 남겼고, 해설을 본 뒤에는 자신이 다시 확인한 지점까지 자료에 덧붙였습니다. 답을 맞혔는지만 보는 게 아니라 어떤 계산에서 자꾸 멈추는지 표시해 둔 점이 전과 달랐어요. 마지막에는 해설지보다 자기 메모를 먼저 대조하고 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

방학 중 평일 오전에 수업 준비물을 챙기다가 아이 문제집 사이에서 작은 메모를 보게 됐어요. 긴 문제 조건을 그대로 옮긴 게 아니라, 필요한 내용만 짧게 바꿔 문제 식 옆에 적어 둔 흔적이더라고요. 왜 그런 식으로 써 놓았나 싶어 풀이도 잠깐 살펴봤습니다. 대구 수학과외를 찾아보던 때와는 별개로, 예전에는 오답을 고칠 때 어디서 꼬였는지보다 맨 마지막 답부터 확인하곤 했거든요. 그런데 이번에는 조건을 몇 부분으로 나눠 적고, 실제 계산에 쓰이는 것만 옆에 남겨 두었어요. 답을 먼저 훑은 게 아니라 식과 메모를 함께 보면서 처음 어긋난 지점을 찾고 있었습니다. 주말에 교과서 다음 단원을 다시 펼쳤을 때도 긴 조건을 읽자마자 필요한 부분을 식 옆에 짧게 적었어요. 옆에는 확인한 까닭이 드러나도록 한두 단어까지 덧붙여 두어서, 전과 달리 무엇을 보고 계산했는지가 그대로 보였습니다.

★★★★★학부모 후기

오답이 몰려 있던 단원을 아이가 다시 펼쳐 놓은 날이었어요. 문제를 다 푼 뒤 바로 책장을 넘길 줄 알았는데, 덮기 직전에 마지막 계산 결과를 한 번 더 들여다보더라고요. 처음 적은 방식과는 다른 방법으로 확인하고 나서야 손을 뗐습니다. 예전에는 어려운 부분이 나와도 다음에 볼 곳을 따로 표시하지 않고 지나가는 편이었거든요. 그런데 이번에는 다시 살펴본 자리라는 흔적을 문제집에 남겨 두었어요. 대구 수학과외 이야기를 나누며 집에서 보이는 이런 장면도 함께 살펴보게 됐습니다. 수업 전 질문해 둔 부분을 확인할 때도 같은 모습이 눈에 띄었어요. 이미 한 번 계산한 결과를 그대로 믿지 않고, 다른 방식으로 끝부분을 다시 점검한 뒤 그 자리에서 확인한 흔적까지 남겨 두고 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

방학 공부 계획을 세우며 대구 수학과외를 시작했지만, 아이는 그날 기분에 따라 공부량이 달라 시험 전에도 새 문제만 급하게 풀곤 했습니다. 선생님은 수업 초반 잘한 부분부터 짚어 주고, 부담스럽지 않게 복습과 계획을 이어 가도록 도왔습니다. 이제는 모르는 내용을 숨기지 않고 천천히 다시 풀어 보는 모습이 보여 학부모로서 든든합니다.

★★★★★학부모 후기

대구 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 수업이 끝나면 배운 내용을 먼저 복습하는 습관을 조금씩 보이기 시작했습니다. 컨디션이 좋지 않은 날에는 선생님이 문제 수를 줄이고 핵심만 짚어 주셔서 부담이 덜했고, 틀린 문제도 답지를 덮은 채 혼자 다시 풀어 보려 했습니다. 모르는 부분을 다시 설명해 달라는 말도 전보다 편하게 하게 되어 부모로서 안심이 됩니다.

★★★★★학부모 후기

수업을 마친 뒤 아이가 오늘 배운 내용과 막혔던 문제를 먼저 이야기하는 모습도 조금씩 생겼습니다. 대구에서 과외를 시작할 때만 해도 어려운 문제를 붙잡고 조용히 오래 고민했는데, 선생님은 답을 바로 알려주기보다 생각을 정리할 기준을 주고 할 일을 나눠 주셨습니다. 숙제 양이 많아 보여도 이제는 계획을 세워 하나씩 해내려는 태도가 보여 한결 안심이 됐습니다.

★★★★☆학부모 후기