






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.
- 점근선을 확인한다.
- 식을 \(y=a^{x-h}+k\) 꼴로 정리한다.
- 수평이동량 \(h\)를 읽는다.
- 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.