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지수함수의 평행이동, 그래프 가족의 이동량 비교

세 그래프가 모양이 비슷하다는 이유만으로 이동량이 같다고 판단한 풀이가 있었다. 하지만 같은 밑을 가진 지수함수는 평행이동의 위치를 식과 좌표로 구분해야 한다. 청수지구과외에서는 그래프의 인상보다 공통 기준을 사용해 이동량을 비교한다.

오류가 시작된 장면

다음 세 함수의 그래프를 비교하자.

\(y=2^{x-1}+2\),  \(y=2^{x+2}+2\),  \(y=2^{x-3}+2\)

세 그래프는 모두 밑이 2인 지수함수이고 점근선은 \(y=2\)이다. 학생은 그래프의 모양이 같아 보인다는 이유로 세 함수의 수평이동량이 같다고 판단했다.

점근선에서 기준을 세우기

기본 함수 \(y=2^x\)를 오른쪽으로 \(h\), 위로 \(2\)만큼 이동하면

\[ y=2^{x-h}+2 \]

가 된다. 따라서 각 함수의 수평이동량은 지수의 \(x-h\)에서 확인할 수 있다.

  • \(y=2^{x-1}+2\): 오른쪽으로 \(1\)
  • \(y=2^{x+2}+2=2^{x-(-2)}+2\): 왼쪽으로 \(2\)
  • \(y=2^{x-3}+2\): 오른쪽으로 \(3\)

같은 함수값으로 다시 비교하기

점근선 \(y=2\)에서 같은 높이만큼 떨어진 함수값 \(y=10\)을 기준으로 삼는다.

\[ 2^{x-h}+2=10 \quad\Rightarrow\quad 2^{x-h}=8=2^3 \quad\Rightarrow\quad x=h+3 \]

함수\(y=10\)일 때의 \(x\)이동 방향과 크기
\(y=2^{x-1}+2\)\(x=4\)오른쪽 1
\(y=2^{x+2}+2\)\(x=1\)왼쪽 2
\(y=2^{x-3}+2\)\(x=6\)오른쪽 3

따라서 수평 위치는 왼쪽에서부터 \(y=2^{x+2}+2\), \(y=2^{x-1}+2\), \(y=2^{x-3}+2\) 순서이고, 가장 오른쪽으로 이동한 그래프는 \(y=2^{x-3}+2\)이다.

기호가 바뀐 재구성

이번에는 다음 세 함수를 비교한다.

\(y=3^{x+1}-4\),  \(y=3^{x-2}-4\),  \(y=3^{x+4}-4\)

기본 함수 \(y=3^x\)에 대해 수평이동량은 각각 \(-1, 2, -4\)이다. 따라서 가장 오른쪽으로 이동한 그래프는 \(y=3^{x-2}-4\)이다. 식의 \(x\)에 붙은 부호를 반대로 해석해야 하므로, \(x+4\)는 왼쪽 4만큼의 이동을 뜻한다.

최종 확인

같은 모양의 지수함수 그래프를 비교할 때는 다음 순서를 지키면 된다.

  1. 점근선을 확인한다.
  2. 식을 \(y=a^{x-h}+k\) 꼴로 정리한다.
  3. 수평이동량 \(h\)를 읽는다.
  4. 필요하면 점근선에서 같은 높이의 함수값을 정해 \(x\)좌표를 비교한다.

그래프가 비슷하게 보인다는 사실은 이동량이 같다는 근거가 아니다. 점근선과 공통 함수값을 기준으로 좌표를 비교해야 정확한 순서를 정할 수 있다.

청수지구 고2수학과외 학부모 후기

책상 정리를 하다가 아이가 오답 문제를 펼쳐 놓은 걸 보게 됐어요. 틀린 부분을 전부 다시 표시한 게 아니라, 풀이에서 처음 잘못된 식 하나만 골라 네모를 쳐 두었더라고요. 나머지 계산 과정은 건드리지 않고 다시 볼 자리만 딱 남겨 둔 모습이었습니다. 예예전에는 공부가 끝난 뒤 표시가 여러 군데 남아 있어도 어디부터 확인하려는 건지 알기 어려웠거든요. 그런데 다음 날 시간표를 확인하던 밤에도 같은 방식으로 오답을 살피고 있더라고요. 청수지구 수학과외를 찾아보며 이런저런 이야기를 나누던 때와는 별개로, 집에서 보이는 풀이 흔적이 조금 달라진 셈이에요. 주말에 책상을 정리할 때도 처음 틀린 식 하나에만 네모가 남아 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

계산 숙제를 펼쳐 놓고 보니 문제를 읽자마자 식부터 쓰는 게 아니라, 조건 문장 앞에 먼저 작은 표시를 해두더라고요. 방학 숙제를 시작한 오전에도 시험지의 여러 부분을 건드리지 않고 조건에만 동그라미를 친 뒤, 그 부분을 다시 읽고 풀이를 이어갔어요. 예전에는 틀린 문제를 다시 볼 때도 한 부분만 대충 확인하고 넘어가는 일이 많았거든요. 그런데 이번에는 풀이를 처음부터 다시 시작하면서 조건을 기준으로 살펴보고 있었습니다. 청수지구 수학과외 이야기를 나누며 아이가 푸는 모습을 지켜보던 중이라 그런지, 이 장면이 유난히 눈에 띄었어요. 새 계산 문제를 꺼냈을 때도 먼저 조건 문장에 표시를 남겼고, 확인한 부분 옆에는 작은 흔적만 남겨두더라고요. 답을 바로 찾기보다 무엇을 다시 봐야 하는지 표시부터 해둔 모습이었습니다.

★★★★★학부모 후기

수학시험지를 다시 펼쳐 보던 아이가 틀린 문제 옆에 짧은 메모를 남겨 두었더라고요. 계산 과정에서 자꾸 놓치는 부분을 적고, 나중에 볼 곳에는 눈에 띄게 표시해 둔 모습이었어요. 시험지를 그냥 덮어 두던 때와는 달랐습니다. 예예전에는 막히면 어디서 꼬였는지 살피기보다 첫 줄부터 다시 읽거나 처음부터 풀곤 했거든요. 그런데 이번에는 반복되는 계산 실수를 한 문장으로 정리해 두었어요. 청수지구 수학과외를 알아보던 중에도 이런 장면을 집에서 보게 될 줄은 몰랐습니다. 교과서를 책장에 꽂으려다 문제집 뒤쪽에서 그 메모를 발견했어요. 지나칠 수도 있는 자리였는데, 자주 틀리는 계산 습관을 따로 적어 둔 흔적이 남아 있었습니다. 이전 풀이를 다시 찾을 위치까지 표시된 것을 보니, 이번에는 틀린 문제를 넘기지 않고 어디를 살펴야 할지 남겨 둔 것 같더라고요.

★★★★★학부모 후기

청수지구에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 숙제를 무조건 끝내는 데만 매달리던 모습이 조금씩 달라졌습니다. 학교 행사로 공부 시간이 줄어든 날에도 선생님은 아이와 편하게 이야기하며 다음 수업 전 할 일을 짧게 나누고, 무리하지 않도록 일정을 다시 맞춰 주셨습니다. 복습 시간을 따로 정해 두니 시험기간에 계획이 밀려도 당황하지 않고 다시 이어 가는 모습이 보여 성적보다 반갑게 느껴졌습니다.

★★★★★학부모 후기

숙제 검사를 받을 때 모르는 문제를 예전처럼 숨기지 않는 모습을 보며 안심했습니다. 청수지구 수학 선생님은 아이가 맞힌 문제도 풀이를 다시 설명하게 하고, 시험 전에는 새 진도보다 부족한 부분을 차분히 복습해 주셨습니다. 틀린 뒤에도 금방 마음을 추스르고 다시 문제를 이어가는 모습이 보기 좋았습니다.

★★★★★학부모 후기

예전에는 수학 공부를 미루려는 날이면 어려운 문제 이야기를 꺼내기도 싫어했는데, 요즘은 청수지구 수업에서 배운 내용을 집에 와서 먼저 말해 줍니다. 선생님께서 풀이가 길어져도 중간에 포기하지 않도록 수업 중간중간 질문을 이끌어 주시고, 숙제와 복습도 아이의 생활에 맞춰 조절해 주셨습니다. 시험 일주일 전에도 흐름을 크게 놓치지 않고 스스로 공부하는 모습이 보여 성적보다 반갑게 느껴졌습니다.

★★★★★학부모 후기