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진북동 고2수학과외

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항별 최대값을 더하면 왜 틀릴까

학생의 풀이 기록에는 다음과 같이 적혀 있었다.

함수 \(f(x)=3\sin x+4\cos x\)에서 \(3\sin x\le 3\), \(4\cos x\le 4\)이므로 \(f(x)\le 7\)이다.

첫 줄의 부등식 자체는 맞지만, 두 항이 동시에 최대가 된다고 볼 수는 없다. \(\sin x=1\)일 때 \(\cos x=0\)이고, \(\cos x=1\)일 때 \(\sin x=0\)이기 때문이다.

하나의 진폭으로 묶기

두 항은 같은 각 \(x\)를 사용하므로 각각 따로 다루지 않고 하나의 사인 함수로 바꾼다.

\[ 3\sin x+4\cos x=5\left(\frac35\sin x+\frac45\cos x\right) \]

\(\frac35\)와 \(\frac45\)는 피타고라스 관계를 이루므로 어떤 각 \(\alpha\)에 대하여

\[ \frac35\sin x+\frac45\cos x=\sin(x+\alpha) \]

로 나타낼 수 있다. 따라서

\[ f(x)=5\sin(x+\alpha) \]

이고, \(-1\le\sin(x+\alpha)\le1\)이므로 함수의 범위는

\[ \boxed{-5\le f(x)\le5} \]

이다. 최댓값은 \(5\), 최솟값은 \(-5\)다. \(7\)은 각 항의 최대값을 단순히 더해 얻은 값일 뿐 실제 함수가 가질 수 없는 값이다.

계수가 바뀌어도 같은 구조인가

이번에는 \(g(x)=5\sin x-12\cos x\)의 범위를 구해 보자.

계수의 크기는 \(5\)와 \(12\)이므로 진폭은

\[ \sqrt{5^2+(-12)^2}=\sqrt{25+144}=13 \]

이다. 따라서 적절한 각 \(\beta\)에 대해

\[ g(x)=13\sin(x+\beta) \]

로 쓸 수 있고, 범위는 \(\boxed{[-13,13]}\)이다. 부호가 달라져도 계수 제곱의 합으로 진폭을 계산한다.

부분 풀이를 완성하는 기준

일반적으로 \(a\sin x+b\cos x\)의 범위는

\[ \boxed{\left[-\sqrt{a^2+b^2},\ \sqrt{a^2+b^2}\right]} \]

이다. \(a\sin x\)와 \(b\cos x\)의 최대값을 각각 구해 더하는 대신, 같은 각의 조합을 하나의 진폭 형태로 바꾸는 것이 핵심이다.

진북동과외에서 이 유형을 점검할 때도 먼저 “두 항의 각이 같은가?”를 확인하면 항별 최대합이라는 오류를 줄일 수 있다.

진북동 고2수학과외 학부모 후기

시험 다음 날 저녁, 제가 먼저 묻기도 전에 아이가 해설지와 시험 때 적은 풀이를 식탁에 펼쳐 놓고 있더라고요. 두 장을 잠시 훑는 게 아니라 계산이 달라진 첫 줄만 짚어서 양쪽을 번갈아 보고 있었어요. 예예전에는 공부를 마치면 틀린 부분을 따로 남겨두는 일이 없었거든요. 진북동 수학과외 이야기를 나누던 때에도 이런 장면이 꽤 인상적이었어요. 전에는 답이 맞는지만 보고 지나갔는데, 이번에는 풀이가 어긋난 지점을 먼저 찾는 순서가 보였어요. 무엇을 오래 했는지보다 어디서 달라졌는지를 살피는 모습이 달랐습니다. 교재를 다시 펼친 날에는 해설과 자기 풀이가 갈라지는 부분을 찾아 작은 표시를 해두더라고요. 그 뒤 표시한 곳을 그대로 둔 채 책을 접었는데, 확인할 줄이 눈에 보이게 남아 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

수학 숙제를 끝냈다길래 잠깐 방에 들어갔는데, 아이가 바로 쉬지 않고 문제를 한 번 더 읽고 있더라고요. 숫자에 동그라미를 치는 줄 알았는데 계산에 쓰이는 수치보다 조건이 적힌 문장에 먼저 밑줄을 긋고 있더라고요. 예예전에는 궁금한 점이 생겨도 그냥 지나가거나, 나중에 물어볼 내용을 따로 적어 두는 일은 없었거든요. 진북동 수학과외를 알아보던 중에도 이런 장면이 눈에 들어왔는데, 학교 자습 시간에 풀던 다른 문제에서도 비슷한 선택을 했다고 해요. 문제 전체에 표시를 가득 남긴 게 아니라, 풀이에 필요한 조건 부분만 골라 다시 살펴봤다고 하더라고요. 숫자부터 따라가던 아이가 문장 속 조건을 먼저 짚어 본다는 게 집에서는 꽤 선명하게 보이더라고요.

★★★★★학부모 후기

늦은 밤까지 과제가 남아도 예전에는 수학부터 미뤘는데, 요즘은 할 수 있는 문제부터 펼쳐 봅니다. 진북동 수업에서 처음 질문하려고 막힌 부분을 표시해 갔더니 선생님이 부담 없는 양으로 나눠 주셔서, 무리하지 않고 끝까지 해보는 습관이 생겼습니다.

★★★★★학부모 후기

시험을 보고 돌아온 날에도 예전처럼 답만 맞춰 보지 않고, 틀린 문제를 다시 풀어 보며 어디서 막혔는지 살폈습니다. 진북동 수학과외 선생님은 풀이가 틀려도 처음 어긋난 부분만 찾아 주고, 제가 스스로 이어 갈 시간을 남겨 주셨습니다. 이제는 수업 전에 정한 공부 계획을 지키려 하고, 모르는 점이 생기면 선생님께 먼저 질문하게 되었습니다.

★★★★★학부모 후기

진북동에서 수학 과외를 시작했을 때는 수업 중에도 조용히 듣기만 하고, 집에서는 배운 내용을 다시 펼쳐보지 않았습니다. 교재 난도가 높아진 단원에서도 선생님은 답부터 알려주기보다 필요한 때에만 힌트를 주셔서 스스로 이어갈 시간을 마련해 주셨습니다. 시험 결과보다 수업을 대하는 부담이 줄고 대답하는 목소리가 편안해진 점이 가장 반갑게 느껴졌습니다.

★★★★★학부모 후기