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당하지구 고2수학과외

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한 점의 양수만으로는 전구간 증가를 말할 수 없다

당하지구과외 수업에서 다음 풀이 기록을 검토했다.

함수 \(f_a(x)=x^3-3x^2+ax+1\)에서 \(x=2\)일 때 \(f'_a(2)=a\)이다. \(a>0\)이면 도함수가 양수이므로 함수는 모든 실수에서 증가한다.

오류는 \(x=2\)라는 한 점의 부호를 전체 구간의 조건으로 확장한 데 있다. 전구간 증가를 판단하려면 도함수가 모든 실수에서 \(0\) 이상이어야 한다.

도함수 전체의 최솟값을 확인하기

\[ f'_a(x)=3x^2-6x+a=3(x-1)^2+a-3 \]

이 이차식의 최솟값은 \(x=1\)에서 \(a-3\)이다. 따라서

\[ f'_a(x)\ge 0\text{ for all }x \quad\Longleftrightarrow\quad a-3\ge0 \]

그러므로 전구간에서 증가하기 위한 조건은 \(\boxed{a\ge3}\)이다. \(a=3\)일 때도 도함수는 \(3(x-1)^2\)로 항상 0 이상이므로 조건에 포함된다.

판별식으로 같은 조건을 다시 검증하기

도함수 \(3x^2-6x+a\)가 모든 실수에서 0 이상이려면 위로 열린 이차식이 x축 아래로 내려가지 않아야 한다. 판별식 조건을 쓰면

\[ (-6)^2-4\cdot3\cdot a\le0 \]

\[ 36-12a\le0\quad\Longleftrightarrow\quad a\ge3 \]

최솟값을 이용한 결과와 일치한다. 반면 \(a=2\)이면 \(f'_2(1)=-1\)이므로 \(x=2\)에서 \(f'_2(2)=2>0\)이어도 전구간 증가는 성립하지 않는다.

감소 조건은 부호와 최고차항을 함께 본다

이번에는 \(g_a(x)=-x^3+3x^2+ax\)를 보자.

\[ g'_a(x)=-3x^2+6x+a=-3(x-1)^2+a+3 \]

이 도함수의 최댓값은 \(x=1\)에서 \(a+3\)이다. 전구간 감소 조건은 \(g'_a(x)\le0\)이므로

\[ a+3\le0\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{a\le-3} \]

증가에서는 도함수의 최솟값, 감소에서는 도함수의 최댓값을 확인해야 한다.

독립 적용 문항

함수 \(h_b(x)=x^3+bx^2+4x\)가 모든 실수에서 증가하도록 하는 \(b\)의 범위를 구해 보자.

\[ h'_b(x)=3x^2+2bx+4 \]

위로 열린 이차식이 항상 0 이상이려면

\[ (2b)^2-4\cdot3\cdot4\le0 \]

\[ 4b^2-48\le0\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{-2\sqrt3\le b\le2\sqrt3} \]

마지막처럼 특정한 한 점에서 도함수가 양수인지 확인하는 데 그치지 말고, 전구간의 최솟값 또는 판별식을 이용해 부호 조건을 끝까지 검증해야 한다.

당하지구 고2수학과외 학부모 후기

시간표를 확인하던 밤에 아이가 맞힌 문제를 그냥 넘기지 않고 연필을 다시 들었어요. 틀린 문제만 보는 줄 알았는데, 이미 답을 맞힌 문제도 풀이가 더 간단해질 수 있는지 한 줄씩 살펴보더라고요. 당하지구 수학과외 이야기를 나누던 중에도 이런 장면이 있었다고 하니, 저도 옆에서 잠깐 지켜봤습니다. 예예전에는 공부가 끝난 뒤 문제집에 남은 표시만 봐서는 아이가 무엇을 다시 확인하려는지 알기 어려웠어요. 그런데 이날은 같은 문제를 처음과 다른 방식으로 풀어 보면서 어느 풀이가 짧은지 직접 견줘 보고 있었습니다. 답을 맞혔다는 데서 멈추지 않은 점이 눈에 띄었어요. 주말에 책상을 정리할 때도 표시가 남은 문제를 전부 펼치지는 않았어요. 맞힌 문제 가운데 다른 풀이를 비교해 볼 부분 하나만 골라 두고, 나머지 페이지는 그대로 정리했습니다. конец

★★★★★학부모 후기

새 수학 노트로 바꾼 날이었어요. 아이가 그래프 문제를 풀고 나서 계산 과정만 보는 게 아니라, 교점이 놓인 자리만 그래프에 따로 표시해 두었더라고요. 제가 먼저 말을 꺼내기도 전이라 잠깐 멈춰서 보게 됐어요. 당하지구 수학과외 이야기를 나누던 때에도 이런 장면이 눈에 들어왔는데, 예전에는 다음에 확인할 부분을 따로 남겨두지 않았거든요. 그래서 노트를 다시 펼치면 처음부터 전체를 훑곤 했어요. 그런데 그날에는 계산한 교점을 그래프에 다시 찍어 보고, 식에서 나온 결과와 위치가 맞는지까지 살폈습니다. 학교 숙제를 마친 뒤에도 같은 단원의 그래프를 보며 계산된 교점을 다시 표시해 두었어요. 아직 확인하지 못한 부분은 옆에 따로 남겨서, 어디까지 봤는지 바로 알 수 있게 해둔 모습이었습니다.

★★★★★학부모 후기

당하지구에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 수업 내용을 설명해 달라고 먼저 말하는 일이 생겼습니다. 예전에는 풀이가 길어지면 틀린 문제를 덮었는데, 선생님은 맞힌 문제도 어떻게 생각했는지 짧게 말해 보게 하며 속도보다 이해를 살폈습니다. 시험이 끝난 주말에도 계획을 무리하게 밀어붙이지 않고 생활에 맞춰 조정해 주셔서, 집에서는 틀린 이유부터 생각해 보려는 모습이 조금씩 보였습니다.

★★★★★학부모 후기

시험을 보고 돌아온 날, 아이가 당하지구 수학 수업에서 선생님께 먼저 질문했다며 풀이 과정을 설명해 주었습니다. 예전에는 답이 바로 안 나오면 불안해했는데, 선생님이 틀린 부분을 처음부터 찾아 주고 그날 할 일과 다음 복습을 나눠 주셔서인지 집에서도 수업 이야기를 먼저 꺼내는 날이 생겼습니다.

★★★★☆학부모 후기

당하지구에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 수업 전에 지난주에 틀린 문제와 궁금한 내용을 표시해 두기 시작했습니다. 시험이 다가오자 선생님은 새 진도보다 부족한 부분을 먼저 살피고, 그날 할 일과 다음에 볼 내용을 나눠 부담을 줄여 주셨습니다. 옆에서 보니 틀린 뒤에도 쉽게 가라앉지 않고 다시 문제를 이어 가는 모습이 보여 뿌듯했습니다.

★★★★☆학부모 후기