효자지구 고1수학과외







효자지구 고1수학과외: 합성함수에서 중간값의 역할을 놓친 사례
문제는 \(f(x)=2x+1\), \(g(x)=x^2\)일 때 \((g\circ f)(x)\)를 구하는 것이었다. 학생은 \(f(x)\)와 \(g(x)\)를 각각 계산한 뒤 식을 더하는 방식으로 접근했다. 합성함수의 기호가 두 함수의 연산이 아니라 입력값의 이동 순서를 나타낸다는 점에서 막힌 것이다.
괄호 안의 값이 다음 함수의 입력이 되도록 바꾸기
합성함수에서는 오른쪽 함수의 결과가 왼쪽 함수에 다시 들어간다.
\((g\circ f)(x)=g(f(x))\)
따라서 먼저 \(f(x)=2x+1\)을 구하고, 그 결과 전체를 \(g\)의 입력으로 넣는다.
\[ g(f(x))=g(2x+1)=(2x+1)^2 \]
학생은 중간값 \(2x+1\)을 별도의 입력으로 표시한 뒤, \(g(t)=t^2\)에서 \(t\) 자리에 \(2x+1\) 전체를 대입했다. 이를 전개하면 \(4x^2+4x+1\)이다.
문장으로 바뀐 합성함수에도 같은 순서 적용하기
이번에는 \(f\)가 “입력에 3을 더하는 함수”, \(g\)가 “그 결과를 세제곱하는 함수”라고 표현된 문제를 적용했다. \(g\circ f\)는 먼저 3을 더한 뒤 그 값을 세제곱하므로
\[ (g\circ f)(x)=(x+3)^3 \]
반대로 \(f\circ g\)라면 먼저 세제곱한 뒤 3을 더해 \(x^3+3\)이 된다. 숫자만 바뀐 문제가 아니라 함수의 적용 순서를 문장으로 해석하는 연습이었다.
순서를 뒤집었을 때 결과가 달라지는지 확인
마지막에는 \(x=1\)을 넣어 두 합성함수를 비교했다.
- \((g\circ f)(1)=(1+3)^3=64\)
- \((f\circ g)(1)=1^3+3=4\)
두 값이 다르므로 합성함수에서는 기호의 순서를 바꾸어 계산할 수 없다는 점까지 확인했다. 효자지구 고1수학과외에서는 식을 빠르게 전개하기보다 중간값이 다음 함수의 입력으로 이어지는지를 먼저 읽도록 지도한다.