






구간의 연속성과 중간값 정리: 끝점 조건을 놓치지 않는 판단
학생의 풀이 기록에는 “양끝값 사이에 목표값이 있으므로 해가 존재한다”는 문장이 먼저 적혀 있었다. 하지만 다음 날 다시 검토한 결과, 목표값의 범위만 확인하고 함수의 연속성을 확인하지 않은 것이 오류의 원인이었다. 부평지구과외에서 이 단원을 다룰 때도 값의 범위와 정리의 전제를 분리해 확인해야 한다.
끝점에서 바뀐 조건 확인하기
함수 \(f\)가 닫힌구간 \([a,b]\)에서 연속이라는 말은 다음을 모두 포함한다.
- 구간 내부 \((a,b)\)에서 연속
- \(x=a\)에서 오른쪽 극한이 \(f(a)\)와 같음
- \(x=b\)에서 왼쪽 극한이 \(f(b)\)와 같음
예를 들어
\[ f(x)= \begin{cases} 2 & (x=0)\\ 1 & (0<x\le 1) \end{cases} \]
는 \((0,1)\)에서 연속이지만 \(x=0\)에서 오른쪽 연속이 아니다. \(f(0)=2\), \(f(1)=1\)이므로 목표값 \(3/2\)는 양끝값 사이에 있지만 실제 함수값으로는 나타나지 않는다. 따라서 중간값 정리를 적용할 수 없다.
정리 적용 전 체크 순서
- 함수가 닫힌구간 \([a,b]\)에서 정의되어 있는가?
- 내부에서 연속인가?
- 양끝점에서 각각 한쪽 연속인가?
- 목표값 \(k\)가 \(f(a)\)와 \(f(b)\) 사이에 있는가?
네 조건이 모두 충족될 때 \(f(x)=k\)인 \(c\in[a,b]\)의 존재를 결론낼 수 있다.
연속성을 이용해 실근이 있는 작은 구간 찾기
다음 함수를 생각하자.
\[ f(x)=x^3-x-1 \]
다항함수이므로 모든 실수에서 연속이다. 먼저
\[ f(1)=-1,\qquad f(2)=5 \]
이므로 중간값 정리에 따라 \(f(c)=0\)인 \(c\in(1,2)\)가 존재한다.
더 작은 구간을 찾기 위해 \(x=3/2\)를 대입하면
\[ f\left(\frac32\right) =\frac{27}{8}-\frac32-1 =\frac78>0 \]
따라서
\[ f(1)<0,\qquad f\left(\frac32\right)>0 \]
이므로 \(f(c)=0\)인 \(c\in(1,3/2)\)가 존재한다.
적용할 수 없는 구간의 판별
구간 내부의 연속성만 확인하고 끝점의 한쪽 연속성을 확인하지 않은 경우에는 중간값 정리를 적용할 수 없다. 또한 함수가 불연속인 구간을 임의로 선택해 양끝값만 비교해서도 안 된다.
결국 핵심은 “목표값이 범위 안에 있다”가 아니라 “연속함수가 그 범위를 지나간다”는 사실이다. 다음 검증에서는 먼저 구간과 연속성 조건을 적은 뒤, 양끝값과 목표값을 비교해야 한다.