덕진동 고2수학과외







서술형 답안에서 드러난 역함수의 순서 오류
시간 제한이 끝난 뒤 학생의 답안에는 \(y=a^x\)에서 양변에 곧바로 로그를 취한 흔적이 남아 있었다. 원래 식의 \(x\)를 \(y\)로 바꾸지 않았기 때문에 역함수가 아니라 지수함수의 식을 다시 변형한 셈이다.
학생 풀이 기록
\(y=2^x\)에서 양변에 밑이 2인 로그를 취하면 \(\log_2 y=x\)라고 썼다. 이 식은 원래 함수에서 \(x\)를 \(y\)에 관해 나타낸 관계이지, 역함수의 식 \(y=f^{-1}(x)\)로 정리된 결과는 아니다.
좌표 교환이 먼저인 이유
역함수는 원래 그래프의 각 점 \((x,y)\)를 \((y,x)\)로 바꾼 그래프다. 따라서 \(y=2^x\)에서 먼저 \(x\)와 \(y\)를 교환하면
\[ x=2^y \]
가 된다. 이제 양변에 \(\log_2\)를 취하면
\[ \log_2 x=y \]
이므로 역함수는 \(\boxed{f^{-1}(x)=\log_2 x}\)이다. 원래 함수의 치역이 양수이므로 역함수의 정의역도 \(x>0\)이다.
이동된 지수함수의 역변환
같은 절차를 이동된 함수에 적용해 보자.
한 식에서 시작하는 변환
\[ f(x)=3^{x-2}+1 \]
에서 \(x\)와 \(y\)를 교환하면
\[ x=3^{y-2}+1 \]
이다. 양변에서 1을 빼고 로그를 취하면
\[ x-1=3^{y-2},\qquad \log_3(x-1)=y-2 \]
따라서
\[ \boxed{f^{-1}(x)=\log_3(x-1)+2} \]
가 된다. \(x-1>0\)이어야 하므로 역함수의 정의역은 \(x>1\)이다.
교정 뒤 최종 확인
두 풀이 비교
| 구분 | 변환 과정 | 판정 |
|---|---|---|
| 잘못된 풀이 | \(y=3^{x-2}+1\)에서 바로 로그를 취함 | 역함수의 좌표 교환이 빠짐 |
| 교정된 풀이 | \(x=3^{y-2}+1\)로 바꾼 뒤 로그를 취함 | 역함수식과 정의역이 정확함 |
합성으로 검증하기
\[ f^{-1}(f(x)) =\log_3\bigl((3^{x-2}+1)-1\bigr)+2 =\log_3(3^{x-2})+2=x \]
또한 \(f(f^{-1}(x))=x\)는 \(x>1\)에서 성립한다. 따라서 좌표 교환 후 로그 변환이라는 순서를 지킨 풀이가 옳다. 덕진동과외에서 이 유형을 연습할 때도 계산보다 먼저 정의역과 좌표 교환 여부를 확인하면 서술형 실수를 줄일 수 있다.