내동 고2수학과외







음수 구간을 지워야 답이 남는다
학생의 풀이 기록에는 다음과 같이 적혀 있었다.
문제: \(4^x-3\cdot2^x-4\ge0\)
\(t=2^x\)로 치환하면 \(t^2-3t-4\ge0\)이고, 인수분해하여 \((t-4)(t+1)\ge0\)을 얻는다.
따라서 \(t\le-1\) 또는 \(t\ge4\), 그러므로 \(x\le-1\) 또는 \(x\ge2\).
풀이가 어긋난 지점
치환한 \(t\)는 임의의 실수가 아니다. \(t=2^x\)이므로 모든 실수 \(x\)에서 항상 \(t>0\)이다. 따라서 이차부등식의 해 중 \(t\le-1\)인 구간은 처음부터 허용되지 않는다.
즉, 치환 뒤에는 다음 교집합을 구해야 한다.
\[ \{t\mid t\le-1\text{ 또는 }t\ge4\}\cap\{t\mid t>0\} =\{t\mid t\ge4\}. \]
양의 치환 범위에서 지수식으로 돌아가기
정확한 해
\(t=2^x\ge4=2^2\)이고 밑 \(2\)가 \(1\)보다 크므로 \(x\ge2\)이다.
따라서 해는 \(x\ge2\)이다.
| 단계 | 조건 |
|---|---|
| 치환 | \(t=2^x>0\) |
| 이차부등식 | \(t\le-1\) 또는 \(t\ge4\) |
| 교집합 | \(t\ge4\) |
| 원래 변수로 복원 | \(x\ge2\) |
최종 검산
\(x=2\)를 대입하면 \(4^2-3\cdot2^2-4=0\)이다. \(x=3\)에서는 \(64-24-4=36\ge0\)이고, \(x=0\)에서는 \(1-3-4=-6<0\)이다. 따라서 \(x\ge2\)라는 결론이 원래 부등식과 일치한다.
이처럼 내동과외에서 지수부등식의 치환을 다룰 때는 이차부등식의 해만 옮기지 말고, \(2^x>0\)이라는 치환 범위를 반드시 함께 확인해야 한다.