매호동 고2수학과외







정적분이 0인데 넓이가 4인 이유
학생의 답안에는 다음과 같이 적혀 있었다.
“정적분값이 0이므로 그래프와 x축 사이의 넓이도 0이다.”
하지만 함수 \(f(x)=x-2\)를 \(0\le x\le4\)에서 살펴보면 정적분과 실제 넓이는 서로 다르다. 이 차이를 이해하는 것이 대구과외 수업에서 다루는 핵심 오류 중 하나다.
그래프의 위치부터 확인하기
\(f(x)=x-2\)는 \(x=2\)에서 x축과 만난다.
- \(0\le x<2\): 그래프가 x축 아래에 있다.
- \(2
따라서 정적분은 아래쪽 부분을 음수로, 위쪽 부분을 양수로 계산한다.
정적분과 기하적 넓이 비교
정적분값은
\[ \int_0^4(x-2)\,dx =\left[\frac{x^2}{2}-2x\right]_0^4 =0 \]
이다. 이는 x축 아래 삼각형의 넓이 2와 위쪽 삼각형의 넓이 2가 서로 상쇄된 결과다.
반면 기하적 넓이는 두 영역을 모두 양수로 더하므로
\[ \int_0^2-(x-2)\,dx+\int_2^4(x-2)\,dx =2+2=4 \]
이다.
부호가 바뀐 함수에서의 재검증
이번에는 \(g(x)=2-x\)를 \(0\le x\le4\)에서 생각해 보자. 그래프는 \(x=2\)를 기준으로 왼쪽에서 x축 위, 오른쪽에서 x축 아래에 있다.
\[ \int_0^4(2-x)\,dx=0 \]
이지만 실제 넓이는 여전히
\[ \int_0^2(2-x)\,dx+\int_2^4-(2-x)\,dx=4 \]
이다. 함수의 부호가 반대로 바뀌어도 정적분은 상쇄되고, 넓이는 양수로 남는다.
답안에서 고쳐야 할 표현
“정적분값이 음수이므로 넓이도 음수이다”라는 문장은 틀렸다. 그래프와 x축 사이의 기하적 넓이는 항상 0 이상이며, 그래프가 x축 아래에 있는 구간에서는 함수에 마이너스 부호를 붙여 넓이를 계산해야 한다.
따라서 풀이 순서는 다음과 같다.
- 함수가 x축과 만나는 점을 찾는다.
- 구간별로 그래프가 위인지 아래인지 확인한다.
- 정적분은 부호를 유지하고, 넓이는 아래쪽 구간에 절댓값을 적용한다.
이 기준을 적용하면 독립 문항에서도 음수인 정적분값을 넓이와 혼동하지 않을 수 있다.