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지수부등식에서 매개변수 밑에 따른 경우 나누기

인명여자고등학교 학생의 풀이에서 가장 먼저 발견된 오류는 밑의 범위를 나누지 않고 같은 부등호 방향을 적용한 점이었다. 관교동과외 수업에서는 계산보다 먼저 밑이 1보다 큰지, 0과 1 사이인지, 1인지 확인하도록 지도한다.

한 줄의 부등식에서 드러난 문제

다음 부등식을 매개변수 a의 값에 따라 풀어 보자.

ax > a2

학생 풀이 기록

양변의 밑이 같으므로 지수만 비교하면 된다.

x > 2

계산 자체는 간단하지만, 이 결론은 밑의 조건에 따라 달라진다. 지수함수의 증가·감소 여부를 확인하지 않았기 때문이다.

밑의 세 범위를 먼저 분류하기

1. a>1인 경우

밑이 1보다 크면 함수 y=ax는 증가한다. 따라서 부등호 방향이 유지되어

x>2

가 해가 된다.

2. 0<a<1인 경우

밑이 0과 1 사이이면 지수함수는 감소한다. 따라서 지수를 비교할 때 부등호 방향이 바뀐다.

x<2

3. a=1인 경우

1x>121>1이므로 거짓이다. 따라서 해가 없다.

또한 지수함수의 밑은 양수여야 하므로 a≤0인 경우에는 일반적인 실수 지수식으로 정의되지 않는다.

교정된 결론과 새 문제 적용

따라서 전체 결과는 다음과 같다.

매개변수 조건
a>1 x>2
0<a<1 x<2
a=1 해 없음
a≤0 실수 지수식으로 정의되지 않음

변형 문제 확인

이번에는 a2x-1≤a3을 보자.

  • a>1이면 2x−1≤3이므로 x≤2
  • 0<a<1이면 2x−1≥3이므로 x≥2
  • a=1이면 1≤1이 항상 참이므로 모든 실수 x
  • a≤0이면 실수 지수식으로 정의되지 않는다

최종 검증에서는 밑의 범위, 부등호 방향, a=1일 때의 항등식 여부를 순서대로 확인해야 한다. 이 세 단계를 빠뜨리지 않는 것이 매개변수 지수부등식의 핵심이다.

관교동 고2수학과외 학부모 후기

가방에서 시험지를 꺼내 정리하다가 아이 책상을 봤는데, 오답 문제 중에서도 처음 틀린 식만 네모로 묶어 둔 게 눈에 띄었어요. 답만 맞으면 중간 계산은 더 들여다보지 않던 아이였거든요. 그런데 이번에는 어디서부터 잘못됐는지 찾아서 고칠 자리를 따로 남겨 두었더라고요. 관교동 수학과외 이야기를 나누던 때라 그런지 저도 무심코 시험지를 펼쳐 봤는데, 결과보다 풀이 흐름을 보고 있다는 점이 전과 달라 보이더라고요. 새 문제집을 처음 풀 때도 같은 방식이 나왔습니다. 첫 계산에서 잘못된 식을 찾아 표시한 뒤, 확인한 부분과 다시 살펴볼 부분을 나눠 놓았어요. 이예전에는 답이 맞으면 그대로 넘겼을 장면인데, 그 문제에서는 네모 표시부터 먼저 하더라고요.

★★★★☆학부모 후기

숙제를 끝낸 뒤 노트를 살펴보니, 계산에서 자꾸 놓치는 부분을 짧게 적어 둔 흔적이 보이더라고요. 그냥 틀린 문제를 넘긴 게 아니라 어떤 계산에서 반복되는지 자기 말로 남겨 놓았더라고요. 확인하지 못한 곳에는 따로 표시도 해 두었고요. 예예전에는 다음에 볼 부분을 따로 표시하는 일이 없어서, 다시 펼치면 처음부터 문제를 훑곤 했거든요. 그런데 새 수학 노트로 바꾼 날에는 문제집 뒤쪽에 자주 틀리는 계산 습관을 몇 줄 적어 두었습니다. 관교동 수학과외 이야기를 나누며 준비물을 정리하던 때라 노트를 보게 됐는데, 문제를 푼 흔적보다 이런 메모가 먼저 눈에 띄었어요. 학교 숙제를 마친 뒤에도 같은 식으로 반복되는 계산 실수를 간단히 기록하고, 아직 확인하지 못한 문제에는 표시를 남겨 두었어요. 전에는 지나쳤을 부분을 본인이 다시 찾아 둔 점이 달랐습니다.

★★★★★학부모 후기

문제집을 정리하다가 맨 뒤쪽에 짧게 적힌 메모가 눈에 띄었어요. 자주 틀리는 계산 습관을 따로 적어 둔 내용이었는데, 그냥 답을 맞혔는지만 보고 넘어가던 아이가 이런 기록을 남겨 둔 게 의외로 눈에 들어왔어요. 수학시험이 끝난 다음 날 저녁, 수업 준비물을 챙기다가 발견한 장면이었습니다. 예전에는 공부를 마치면 다시 볼 부분을 표시하거나 적어 두는 일이 없었거든요. 틀린 문제도 그 자리에서 확인하고 지나가는 편이었는데, 이번에는 반복되는 계산 실수를 짧은 문장으로 정리해 문제집 뒤에 남겨 두었더라고요. 관교동 수학과외 이야기를 나누던 중에도 이 부분이 기억에 남았어요. 다음 교재를 펼쳤을 때도 계산하다가 자주 헷갈리는 내용을 한 줄로 적어 두었습니다. 예전처럼 풀이만 끝내고 지나간 게 아니라, 나중에 다시 볼 만한 지점을 스스로 골라 표시한 모습이었어요. 마지막에는 그 메모가 붙은 채로 교재를 조용히 덮더라고요.

★★★★★학부모 후기

첫 수업을 마친 뒤에도 시험 생각에 마음이 무거웠지만, 관교동에서 시작한 과외 일정은 생각보다 금방 익숙해졌습니다. 선생님은 답을 바로 알려주기보다 제가 어디까지 이해했는지 먼저 물어보며 부담 없이 수업 흐름을 맞춰 주셨고, 모르는 부분도 편하게 말할 수 있었습니다. 요즘은 수업 전 질문을 미리 정리하고, 어려운 문제를 그냥 넘기지 않으려 합니다.

★★★★★학부모 후기

시험이 끝난 주말, 아이가 먼저 책상에 앉아 틀린 문제를 다시 펼쳐 보는 모습이 기억에 남았습니다. 관교동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 모르는 문제를 그냥 넘기고 설명을 다시 부탁하는 일도 드물었는데, 선생님은 답만 고치기보다 처음 막힌 부분을 함께 찾아주셨습니다. 시험기간에는 수업에서 배운 내용을 부모에게 먼저 이야기할 만큼 질문하는 태도와 공부 습관이 조금씩 달라졌습니다.

★★★★★학부모 후기

관교동에서 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀린 문제를 들키기 싫어해 설명을 듣고도 곧잘 이해했다고 말했습니다. 선생님은 생각할 시간을 충분히 주고 재촉하지 않으면서, 숙제를 마친 뒤 틀린 문제도 다시 살펴보도록 편안하게 이끌어 주셨습니다. 요즘은 수업이 있는 날에도 부담스러워하지 않고 스스로 오답을 펼쳐 보는 모습이 보여 마음이 놓입니다.

★★★★★학부모 후기