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두 곡선 사이의 넓이, 교점으로 적분구간 결정하기

학생의 풀이 기록에는 다음과 같은 문장이 남아 있었다.

“그래프에서 보기 좋은 점인 x=1과 x=3을 경계로 잡고 적분한다.”

겉보기에는 그래프를 읽어 적분구간을 정한 것처럼 보이지만, 두 곡선 사이의 넓이에서는 임의의 점이 아니라 두 그래프가 실제로 만나는 점이 경계가 되어야 한다. 이 기준을 익히는 과정은 대구과외에서 자주 다루는 적분의 핵심 점검 항목이기도 하다.

오류가 시작된 지점

문제는 포물선 y=x²과 직선 y=2x로 둘러싸인 넓이를 구하는 것이다. 두 함수의 교점을 구하면

x²=2x

x(x-2)=0

따라서 x=0, 2이다.

그러므로 적분구간은 [0, 2]가 되어야 한다. x=1은 두 그래프 사이에 놓인 한 점일 뿐이고, x=3은 두 곡선이 둘러싼 영역의 바깥쪽에 있다. 그래프에서 보기 좋다는 이유만으로 경계로 선택할 수 없다.

교정된 풀이와 넓이 계산

위아래 관계 확인

구간 [0, 2]에서 직선과 포물선의 차는

2x-x²=x(2-x)≥0

이므로 직선 y=2x가 위에 있고 포물선 y=x²가 아래에 있다.

정확한 적분식

따라서 넓이 A는

A=∫₀²(2x-x²)dx

=(x²-x³/3)₀²

=4-8/3=4/3

이다.

새 문제에 적용할 판단 기준

두 곡선 사이의 넓이를 구할 때는 다음 순서를 지킨다.

  1. 두 함수의 식을 같게 놓고 교점을 구한다.
  2. 교점의 x값을 오름차순으로 정렬해 적분구간을 정한다.
  3. 구간 안에서 위 함수와 아래 함수를 확인한다.
  4. 위 함수에서 아래 함수를 뺀 뒤 적분한다.

특히 교점이 두 개라면 그 두 x값이 자연스러운 경계가 된다. 교점이 아닌 임의의 점을 경계로 삼았다면 적분식 자체가 실제로 둘러싸인 영역을 나타내는지 다시 확인해야 한다.

최종 확인

이 문제의 두 교점은 x=0과 x=2이고, 해당 구간에서 직선이 포물선보다 위에 있다. 따라서 넓이는

4/3

이다. 교점으로 적분구간을 결정하고, 위아래 관계까지 확인했다면 같은 유형의 새로운 문제에서도 올바른 넓이 식을 세울 수 있다.

두산동 고2수학과외 학부모 후기

시험 전 마지막 복습을 하던 날, 아이가 오답 문제를 보면서 처음 잘못된 식만 따로 찾아 표시하고 있더라고요. 다시 확인할 부분이 섞이지 않게 남겨 둔 걸 보니 예전과는 보는 순서가 조금 달라졌어요. 예전에는 공부가 끝나면 앞에서 풀었던 부분을 다시 꺼내 보는 일이 거의 없었거든요. 모의고사 성적표를 받은 무렵에는 오답에서 처음 틀린 식만 네모로 묶어 두었어요. 답을 맞혔는지보다 어느 식에서 풀이가 어긋났는지 남겨 둔 모습이 눈에 띄었습니다. 두산동 수학과외를 알아보던 때에도 이런 장면을 기대했던 건 아니지만, 이번에는 문제 전체가 아니라 수정할 자리만 좁혀서 표시했더라고요.

★★★★★학부모 후기

새 단원 문제집을 처음 펼쳐 보던 저녁, 아이가 문제를 읽다가 검산이 필요한 것만 골라 따로 표시해 두더라고요. 표시한 부분을 잠깐 확인한 뒤에는 멈추지 않고 다음 문제로 넘어갔어요. 예예전에는 복습할 때 앞부분부터 끝까지 전부 다시 살피는 편이라 이런 식으로 추려 보는 모습은 낯설었습니다. 두산동 수학과외 이야기를 나누던 중에도 그 장면이 떠올랐는데, 새 단원 첫 숙제를 마친 뒤에도 비슷했어요. 답이 맞은 문제까지 전부 펼쳐 보지 않고, 검산하지 않은 문제만 따로 접어 두었더라고요. 정답 여부와 검산 여부를 나눠서 보고 있다는 게 보였고, 접어 둔 문제만 다시 확인하는 모습으로 마무리했어요.

★★★★★학부모 후기

숙제 검사를 받을 때 예전에는 모르는 문제도 이해했다고 넘겼지만, 요즘은 막힌 부분을 먼저 보여주게 됐습니다. 두산동에서 수업을 받으며 맞힌 문제는 풀이를 다시 설명하고, 틀린 문제도 선생님과 차근차근 다시 살펴봅니다. 시험 전에는 새 진도보다 부족한 내용을 복습하고 할 일을 나눠 주셔서, 틀린 뒤에도 금방 다시 공부를 이어갑니다.

★★★★★학부모 후기

숙제 검사를 받는 날이면 아이가 풀이 과정을 직접 설명해보는데, 선생님은 맞힌 문제도 왜 그렇게 풀었는지 차분히 물어보며 복습이 되었는지 살펴주셨습니다. 두산동에서 수업을 시작한 뒤 시험기간에는 새 진도보다 부족한 부분을 다시 확인하고, 아이가 이해하는 속도에 맞춰 일정을 조절해주셨습니다. 틀린 문제 때문에 오래 속상해하던 아이가 이제는 선생님께 편하게 질문하고 다시 이어가려는 모습이 보여 부모로서 안심이 됩니다.

★★★★☆학부모 후기

두산동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀린 문제를 다시 보는 걸 무척 싫어했습니다. 선생님은 답을 재촉하지 않고 충분히 생각할 시간을 주며, 수업을 마친 뒤 풀이를 차분히 돌아보도록 이끌어 주셨습니다. 요즘은 숙제를 마치고 책상을 정리하는 모습도 한결 여유로워졌고, 수업 있는 날을 예전처럼 부담스러워하지 않습니다.

★★★★★학부모 후기