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합성함수의 연속 구간을 다시 판단하는 법

합성된 연속함수의 성질에서 처음 생긴 오류는 “연속함수끼리 합성하면 언제나 연속이다”라고 판단한 것이었다. 그러나 합성함수는 먼저 안쪽 함수의 치역이 겉함수의 정의역에 들어가는지 확인해야 한다. 이 과정을 주안지구과외 수업에서도 반복해 점검할 수 있다.

하나의 식에서 출발하기

다음 함수를 보자.

\(g(x)=\sqrt{5-x}\), \(f(t)=\ln(t-1)\)

합성함수는

\[ (f\circ g)(x)=\ln(\sqrt{5-x}-1) \]

이다. \(g(x)\)가 정의되려면 \(5-x\ge 0\), 즉 \(x\le 5\)여야 한다. 하지만 로그의 진자값은 양수여야 하므로

\[ \sqrt{5-x}-1>0 \]

이어야 한다. 따라서 \(\sqrt{5-x}>1\), \(5-x>1\)이므로 \(x<4\)이다.

연속 구간의 결정

결국 합성함수의 정의역은 \((-\infty,4)\)이고, 이 구간에서 제곱근 함수와 로그 함수의 조건이 모두 만족된다. 따라서 \(f\circ g\)는 \((-\infty,4)\)에서 연속이다.

\(x=4\)에서는 로그의 진자값이 \(0\)이 되어 함수가 정의되지 않는다. 그러므로 \(x=4\)에서 연속성을 논할 수 없다.

안쪽 함수의 치역을 먼저 확인하기

겉함수 \(f(t)=\ln(t-1)\)의 정의역은 \(t>1\)이다. 안쪽 함수 \(g(x)=\sqrt{5-x}\)의 치역 전체가 이 조건을 만족하는 것은 아니다. \(x=5\)일 때 \(g(5)=0\)이므로 겉함수에 대입할 수 없다.

따라서 “각 함수가 연속이므로 합성함수도 모든 실수에서 연속”이라는 결론은 틀렸다. 정확한 판단은 다음 순서로 이루어진다.

  1. 안쪽 함수의 정의 조건을 구한다.
  2. 안쪽 함수의 값이 겉함수의 정의역에 들어가는지 확인한다.
  3. 두 조건을 동시에 만족하는 구간에서 연속성을 판단한다.

비교 예시

\[ h(x)=\sqrt{\ln(x+2)} \]

로그 조건에서 \(x+2>0\)이고, 제곱근 조건에서 \(\ln(x+2)\ge0\)이어야 한다. 후자의 조건은 \(x+2\ge1\), 즉 \(x\ge-1\)이다. 따라서 \(h(x)\)는 \([-1,\infty)\)에서 연속이다.

여기서 \(x=-1\)에서는 \(\ln 1=0\)이므로 함수가 정의되며, 끝점에서의 연속도 성립한다.

최종 검증 기록

새 문제에서 먼저 확인할 질문은 “두 함수가 연속인가?”가 아니라 “합성된 식이 어디에서 정의되는가?”이다. 특히 루트와 로그가 함께 있으면 각 조건을 따로 구한 뒤 교집합을 취해야 한다.

확인 항목 판단
\(\sqrt{5-x}\) \(x\le5\)
\(\ln(\sqrt{5-x}-1)\) \(\sqrt{5-x}-1>0\)
최종 정의역 \(x<4\)
연속성 \((-\infty,4)\)에서 연속

정답률보다 중요한 것은 정의역을 먼저 확인하는 습관이다. 이 습관이 남아 있으면 식의 구간이 바뀌거나 새로운 루트·로그 합성 문제가 나와도 같은 방식으로 판단할 수 있다.

표의 수치를 문장으로 풀어 쓰려면

자료를 표로 제시한 문제에서는 숫자만 옮기기 전에 행과 열이 무엇을 뜻하는지 말로 읽어 보세요. 단위나 기준 집단이 다른 값을 같은 종류로 취급하지 않았는지 확인할 수 있습니다. 특히 현재 배우는 통계나 확률 단원에서 표 해석이 막힐 때 활용할 수 있는 점검입니다.

역으로 물었을 때도 설명할 수 있나요?

결론을 구하는 연습에 익숙해졌다면 그 결론이 나오려면 어떤 조건이 필요했는지 되짚어 보세요. 단, 어떤 성질의 역도 항상 참이라고 가정해서는 안 됩니다. 현재 배운 정리에서 어느 방향까지 성립하는지 수업 자료로 확인하며 질문할 부분을 남길 수 있습니다.

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주안지구 고2수학과외 수업 후기

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★★★★★수업 후기

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★★★★☆수업 후기

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★★★★★수업 후기

주안지구에서 수학 과외를 시작한 뒤에도 처음에는 숙제를 미루다가 한꺼번에 하곤 했습니다. 선생님은 컨디션이 좋지 않은 날 문제 수를 줄이고, 아이가 직접 푼 과정을 지우지 않은 채 다시 살펴보며 핵심만 이해하도록 도와주셨습니다. 요즘은 공부를 시작하는 표정이 한결 편해졌고, 모르는 부분은 선생님께 다시 설명해 달라고 먼저 말하기도 합니다.

★★★★★수업 후기

학생별 1:1 수업 안내

수업은 학생별 1:1로 진행하며, 현재 학습 상태와 목표에 따라 수업 내용을 달리합니다.