송강동 고2수학과외







구간이 짧아지면 삼각함수의 최대·최소도 달라진다
송강동에서 대전과외를 진행할 때 자주 확인하는 오류는 삼각함수의 전체 주기에서 얻은 최댓값과 최솟값을 제한된 구간에도 그대로 적용하는 것이다. 구간 안에 실제 극값 발생점이 포함되는지 먼저 살펴야 한다.
학생 풀이 기록에서 드러난 오류
문제의 함수가 f(x)=2sin x−cos x, 정의역이 0≤x≤π/3일 때 학생은 다음처럼 풀었다.
2sin x−cos x=√5sin(x−α)이므로
−√5≤f(x)≤√5
하지만 이 범위는 실수 전체에서의 값이다. 주어진 구간이 한 주기 전체가 아니므로 ±√5가 실제로 나타나는지 따로 확인해야 한다.
끝점과 구간 내부의 극값 비교
극값 발생점의 위치 확인
미분하면
f′(x)=2cos x+sin x
극값 후보는
2cos x+sin x=0, 즉 tan x=−2
이다. 이 조건을 만족하는 점은 주어진 구간 [0, π/3] 안에 없다. 실제로 이 구간에서는 cos x와 sin x가 모두 음이 아니므로 f′(x)>0이다. 따라서 함수는 구간 전체에서 증가한다.
끝점에서 함수값 계산
| x | f(x) |
|---|---|
| 0 | −1 |
| π/3 | √3−1/2=(2√3−1)/2 |
따라서 이 구간에서 최솟값은 −1, 최댓값은 (2√3−1)/2이다. 전체 실수에서의 ±√5는 이 구간에서 실현되지 않는다.
반 주기보다 짧은 새 구간의 검증
이번에는 같은 함수를 π/6≤x≤π/2에서 살펴보자. 이 구간에서는 tan x=−2를 만족하는 점이 없고, 역시 f′(x)=2cos x+sin x≥0이다.
끝점의 함수값은
- f(π/6)=1−√3/2
- f(π/2)=2
따라서 최솟값은 1−√3/2, 최댓값은 2이다. 구간이 바뀌면 같은 함수라도 최대·최소가 달라지므로, 대전고3수학과외에서 이 유형을 다룰 때는 반드시 ‘극값 발생점이 구간 안에 있는가’와 ‘양 끝점의 함수값은 얼마인가’를 함께 확인한다.
최종 확인
구간 제한이 있는 삼각함수의 최대·최소는 전체 주기의 ±진폭을 바로 쓰지 않는다. 미분 또는 위상 변환으로 극값 발생점을 찾은 뒤, 구간 내부의 후보점과 양 끝점을 비교해야 정확한 답을 얻을 수 있다.