숭의지구 고2수학과외







정지한 순간과 원점을 지난 순간은 다르다
숭의지구과외 수업에서 자주 확인하는 오류는 위치가 0이 되는 시각을 정지 시각으로 판단하는 것이다. 두 조건은 서로 다른 질문에 답한다.
문제 입자의 위치가 \(s(t)=t^3-6t^2+9t\;(t\ge 0)\)로 주어질 때, 정지하는 시각과 그때의 위치를 구하여라.
학생 풀이 기록
\(s(t)=0\)을 풀면 \(t(t-3)^2=0\)이므로 정지 시각은 \(t=0,3\)이다.
겉보기에는 위치식을 이용했지만, 정지 여부는 위치가 아니라 속도가 결정한다. \(s(t)=0\)은 입자가 원점을 통과하거나 원점에 있는 시각을 뜻한다.
속도 조건부터 다시 세우기
속도는 위치의 미분이므로
\[ v(t)=s'(t)=3t^2-12t+9=3(t-1)(t-3) \]
이다. 따라서 \(v(t)=0\)에서
\[ t=1,\quad t=3 \]
을 얻는다. 두 시각 모두 \(t\ge0\) 조건을 만족하므로 정지 시각은 \(1,3\)이다.
정지한 순간의 위치 계산
각 시각을 위치 함수에 대입하면
\[ s(1)=1-6+9=4,\qquad s(3)=27-54+27=0 \]
따라서 \(t=1\)에서는 위치 \(4\)에서 정지하고, \(t=3\)에서는 원점 \(0\)에서 정지한다. \(t=3\)은 정지 시각이면서 동시에 원점을 지나는 시각이지만, \(t=0\)은 원점에 있을 뿐 정지 시각이라고 볼 수 없다.
가속도는 정지 여부가 아니라 운동 변화의 방향을 확인한다
가속도는
\[ a(t)=v'(t)=6t-12 \]
이므로 \(t=1\)에서 \(a(1)=-6\), \(t=3\)에서 \(a(3)=6\)이다. 정지 순간에도 가속도가 0일 필요는 없다. 속도가 0인지 먼저 확인하고, 필요한 경우 가속도를 추가로 해석해야 한다.
최종 점검 기준
- 정지 시각: \(v(t)=0\)
- 원점 통과 시각: \(s(t)=0\)
- 정지한 위치: 정지 시각을 \(s(t)\)에 대입
이 세 단계를 분리하면 여러 번 정지하는 운동에서도 조건을 섞지 않고 각 위치를 정확히 구할 수 있다.