신현동 고2수학과외







치환된 삼각부등식의 최종 검증에서 시작하기
신현동과외 수업에서는 학생이 적어 둔 답과 원래 부등식을 직접 대조하며 오류를 찾았다. 학생은 sin x를 t로 치환한 뒤 대수부등식의 해를 모두 사용했지만, t가 가질 수 있는 범위를 먼저 확인하지 않았다.
학생 풀이 기록
문제는 다음과 같다.
0≤x<2π일 때, 2sin²x−3sin x+1≥0을 만족하는 x를 구하여라.
t=sin x로 놓으면
2t²−3t+1≥0
(2t−1)(t−1)≥0
이므로 학생은 t≤1/2 또는 t≥1이라고 정리했다. 이후 t≥1에 해당하는 값까지 모두 삼각함수 값으로 해석해 답을 넓혔다.
첫 판단은 치환 범위
sin x는 어떤 실수도 될 수 없고 반드시
−1≤t≤1
을 만족한다. 따라서 대수부등식의 해와 치환 범위의 교집합을 구해야 한다.
대수부등식의 해는
t≤1/2 또는 t≥1
이고, −1≤t≤1과 겹치는 부분은
−1≤t≤1/2 또는 t=1
이다. t≥1 전체가 아니라 t=1만 남는다는 점이 핵심이다.
각의 범위로 복원하기
삼각함수 값에서 x로 전환
0≤x<2π에서 sin x≤1/2인 구간은
[0, π/6]∪[5π/6, 2π)
이다. 또한 sin x=1인 경우는 x=π/2이다.
최종 답
따라서 해는
x∈[0,π/6]∪{π/2}∪[5π/6,2π)
이다. x=π/2에서는 원래 식이 2−3+1=0이므로 부등식을 만족한다.
다음 문제에 적용할 판단 순서
치환된 삼각부등식에서는 대수 계산만 끝냈다고 답이 완성되지 않는다. t=sin x, cos x라면 먼저 −1≤t≤1을 적고, 대수부등식의 해와 교집합을 구한 뒤 주어진 x의 범위에 맞춰 각을 복원해야 한다.
이 순서를 지키면 대수해를 삼각함수 값으로 전부 사용하는 오류를 막을 수 있으며, 인천신현고등학교 학생의 고3수학과외 학습에서도 풀이 검산 기준으로 활용할 수 있다.