용정동 고2수학과외







그래프가 맞는데도 오답이 된 이유
학생은 \(y=\cos x\)의 그래프를 그린 뒤, 사인함수와는 모양이 다르므로 평행이동으로 연결할 수 없다고 판단했다. 그러나 두 함수는 대표점의 위치를 비교하면 같은 곡선을 다른 방식으로 나타낸 것이다.
대표점에서 시작하는 위상 비교
| x | \(y=\sin x\) | \(y=\cos x\) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| \(\frac{\pi}{2}\) | 1 | 0 |
| \(\pi\) | 0 | -1 |
| \(\frac{3\pi}{2}\) | -1 | 0 |
사인그래프를 왼쪽으로 \(\frac{\pi}{2}\)만큼 옮기면
\[ y=\sin\left(x+\frac{\pi}{2}\right)=\cos x \]
가 된다. 따라서 코사인그래프는 사인그래프와 모양이 다른 것이 아니라, 위상이 \(\frac{\pi}{2}\)만큼 이동한 그래프이다.
한 식으로 확인하는 그래프 이동
이동 방향을 부호로 판단하기
일반적으로 \(y=f(x-a)\)는 오른쪽으로 \(a\)만큼, \(y=f(x+a)\)는 왼쪽으로 \(a\)만큼 이동한다. 그러므로
\[ y=\sin\left(x+\frac{\pi}{2}\right) \]
는 \(y=\sin x\)를 왼쪽으로 \(\frac{\pi}{2}\)만큼 이동한 식이다.
반대 방향의 표현도 확인하기
반대로 사인함수는 코사인함수를 오른쪽으로 \(\frac{\pi}{2}\)만큼 옮긴 형태이다.
\[ \sin x=\cos\left(x-\frac{\pi}{2}\right) \]
두 식은 모든 실수 \(x\)에서 성립하므로, 두 그래프는 평행이동으로 완전히 겹친다.
다른 그래프를 만드는 문제에 적용
문제: \(y=\cos x\)의 그래프만 주어졌을 때 \(y=\sin x\)의 그래프를 나타내는 식을 구하여라.
코사인그래프를 오른쪽으로 \(\frac{\pi}{2}\)만큼 이동하면 사인그래프가 되므로 정답은
\[ y=\cos\left(x-\frac{\pi}{2}\right) \]
이다. 용정동과외에서 이 유형을 다룰 때도 먼저 \(x=0,\frac{\pi}{2},\pi\)에서의 함수값을 비교하면 이동 방향을 안정적으로 결정할 수 있다.
최종 검증
- \(x=0\)일 때 \(\cos(-\frac{\pi}{2})=0=\sin0\)
- \(x=\frac{\pi}{2}\)일 때 \(\cos0=1=\sin\frac{\pi}{2}\)
- \(x=\pi\)일 때 \(\cos\frac{\pi}{2}=0=\sin\pi\)
대표점이 모두 일치하므로 \(y=\sin x\)와 \(y=\cos(x-\frac{\pi}{2})\)는 동일한 그래프이다.