옥련지구 고2수학과외







수평접선을 모두 극값으로 보면 안 되는 이유
학생 풀이 기록에는 다음 문장이 적혀 있었다.
“도함수가 0이 되는 점은 그래프의 방향이 멈추므로 극댓값 또는 극솟값이다.”
이 판단은 수평접선이 있다는 사실과 도함수의 부호가 바뀐다는 사실을 혼동한 것이다. 옥련지구과외 수업에서는 먼저 정지점의 좌우 증감을 확인하도록 교정했다.
하나의 식으로 확인하기
함수 \(f(x)=x^3\)을 보자.
\[ f'(x)=3x^2 \]
\(f'(0)=0\)이므로 \(x=0\)에서 수평접선이 생긴다. 그러나 \(x<0\)일 때도 \(f'(x)>0\), \(x>0\)일 때도 \(f'(x)>0\)이다.
| 구간 | 도함수 부호 | 함수의 변화 |
|---|---|---|
| \(x<0\) | 양수 | 증가 |
| \(x=0\) | 0 | 수평접선 |
| \(x>0\) | 양수 | 증가 |
극값과 변곡점 구분
증가에서 감소로 바뀌거나 감소에서 증가로 바뀌어야 극값이다. \(f(x)=x^3\)은 계속 증가하므로 \(x=0\)은 극값이 아니다.
대신 그래프의 오목성이 바뀌므로 \(x=0\)은 변곡점이다. 따라서 그래프는 해당 점에서 멈췄다가 되돌아가지 않고, 평평하게 지나가는 \(x^3\)형 모양을 갖는다.
교정된 판단 절차
- 먼저 \(f'(x)=0\)인 정지점을 찾는다.
- 정지점의 왼쪽과 오른쪽에서 \(f'(x)\)의 부호를 조사한다.
- 부호가 바뀌면 극값, 바뀌지 않으면 극값이 아니다.
- 필요하면 \(f''(x)\)의 부호 변화를 확인해 변곡점 여부를 판단한다.
예를 들어 \(g(x)=x^3-3x\)에서는 \(g'(x)=3(x-1)(x+1)\)이다. \(x=-1\)에서는 도함수 부호가 양수에서 음수로 바뀌어 극댓값이고, \(x=1\)에서는 음수에서 양수로 바뀌어 극솟값이다.
반면 \(x^3\)의 \(x=0\)처럼 도함수 부호가 그대로 유지되는 수평접선은 극값으로 표시하지 않는다. 이 구분이 그래프 개형을 정확하게 완성하는 핵심이다.