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서북구 고2수학과외

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근의 위치가 바뀌면 넓이의 부호도 다시 봐야 한다

서북구과외에서 매개변수 문제를 다룰 때 자주 생기는 오류는 근의 순서가 바뀌어도 같은 구간식을 그대로 사용하는 것이다. 다음 함수로 확인해 보자.

문제 \(f_a(x)=x^2-2ax\)의 두 근과 x축 사이에서 생기는 영역의 넓이를 \(a\)에 따라 구하여라.

그래프보다 먼저 확인할 것

식을 인수분해하면

\[ f_a(x)=x(x-2a) \]

따라서 근은 \(x=0,\;x=2a\)이다. \(a>0\)이면 근의 순서는 \(0<2a\), \(a<0\)이면 \(2a<0\)으로 바뀐다. 하지만 위로 열린 포물선은 두 근 사이에서 항상 x축 아래에 있다.

부호와 넓이식의 분기

두 근 사이의 정적분은 언제나 음수인 부호 있는 넓이다. 그러나 기하적 넓이는 양수이므로 절댓값을 취해야 한다.

\[ \int_{\min(0,2a)}^{\max(0,2a)}(x^2-2ax)\,dx =-\frac43|a|^3 \]

따라서 실제 영역의 넓이는

\[ \boxed{S=\frac43|a|^3} \]

구간을 나누어 쓰면

  • \(a>0\): \(\displaystyle S=-\int_0^{2a}f_a(x)\,dx=\frac43a^3\)
  • \(a<0\): \(\displaystyle S=-\int_{2a}^{0}f_a(x)\,dx=-\frac43a^3\)
  • \(a=0\): 두 근이 겹치므로 영역의 넓이는 \(0\)

잘못된 풀이가 생기는 지점

“근은 \(0\)과 \(2a\)이므로 \(\int_0^{2a}\)를 계산한다”라고만 하면 \(a<0\)에서 적분 구간의 방향이 거꾸로 된다. 또한 정적분값을 곧바로 넓이라고 부르면 부호가 음수가 되는 문제가 생긴다.

변형 문항 점검

다음 보기에서 모든 실수 \(a\)에 대해 옳은 식을 고르면 된다.

  1. \(\displaystyle S=\frac43a^3\)
  2. \(\displaystyle S=-\frac43a^3\)
  3. \(\displaystyle S=\frac43|a|^3\)
  4. \(\displaystyle S=\frac83|a|^3\)

정답은 ③이다. ①과 ②는 각각 한쪽 부호의 \(a\)에서만 맞고, ④는 계수를 잘못 계산한 식이다.

최종 확인: 근의 순서보다 부호표가 우선이다

\(a=1\)이면 근은 \(0,2\), \(a=-1\)이면 근은 \(-2,0\)이다. 두 경우 모두 두 근 사이에서 함수값은 음수이며, 넓이는 양수로 계산된다. 따라서 매개변수가 근의 위치를 움직일 때는 경계값 \(a=0\)을 기준으로 구간과 적분 방향을 확인해야 한다.

서북구 고2수학과외 학부모 후기

수학 교재를 가방에 넣기 전, 아이가 확률 문제 옆에 그려 둔 작은 표를 다시 살펴보고 있더라고요. 가능한 경우를 하나씩 나눠 놓고, 겹치는 항목에는 줄을 그어 지워 둔 상태였어요. 예예전에는 다시 확인할 때도 문제의 모든 내용을 비슷하게 훑는 편이라 이런 흔적은 거의 없었거든요. 그날 수업 자료를 출력해 둔 뒤 잠깐 방에 들어갔을 때도 같은 방식으로 경우를 나누고 있었습니다. 작은 칸 안에 가능한 경우를 따로 적어 보니 중복되는 부분이 눈에 들어오는 모양이었어요. 서북구 수학과외를 알아보며 기대했던 건 막연한 변화가 아니라 이런 구체적인 장면이었는데, 이번에는 어디를 다시 봐야 할지 스스로 구분해 둔 점이 보이더라고요. 이후에는 확인할 지점이 남은 상태로 자료를 정리했습니다.

★★★★★학부모 후기

다음 수학 발표를 준비하던 날, 아이가 계산이 처음 어긋난 줄부터 다시 짚어 보고 있더라고요. 확인한 부분과 아직 보지 않은 부분을 따로 표시해 두어서, 어디까지 살폈는지도 한눈에 보이더라고요. 예예전에는 다시 봐야 할 곳이 생겨도 그날 바로 정리하는 모습은 거의 없었거든요. 서북구 수학과외를 찾아보던 중이라 프린트를 챙기려고 저녁에 방에 들렀는데, 틀린 문제를 통째로 붙잡고 있지는 않았어요. 여러 줄을 전부 훑는 대신 계산이 어긋난 두 줄만 골라 한 줄씩 다시 보고 있었습니다. 답을 급하게 확인하기보다 처음 계산이 달라진 지점을 찾는 모습이 먼저 눈에 들어왔어요.

★★★★☆학부모 후기

시험이 끝난 주말에도 아이는 틀린 문제를 다시 보자고 하면 진저리를 쳤는데, 서북구 수학과외 선생님과 편하게 이야기를 나누며 수업한 날은 분위기가 달랐습니다. 맞힌 문제도 풀이를 짧게 설명해 보게 하고, 그날 복습할 내용과 다음에 확인할 부분을 나눠 주셔서 부담이 적었습니다. 요즘은 답부터 보기보다 왜 틀렸는지 먼저 생각해 보려는 모습이 보여 부모로서 고마웠습니다.

★★★★☆학부모 후기

서북구에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 숙제 검사를 앞두면 긴장하고, 시험기간에는 갑자기 공부량을 늘리곤 했습니다. 선생님은 맞힌 문제도 풀이를 설명해 보게 하면서 막힌 부분을 차분히 다시 짚어 주셨고, 시험이 가까워지면 새 진도보다 부족한 단원과 복습에 집중했습니다. 요즘은 틀린 문제를 보고도 오래 위축되지 않고, 설명을 들은 뒤 스스로 다시 풀어보려는 모습이 보여 안심됩니다.

★★★★☆학부모 후기

서북구에서 수학 과외를 시작한 뒤에도 아이는 선생님 설명을 듣고 곧잘 이해했다고 대답해 걱정이 있었습니다. 다만 저녁 식사 후 공부할 때 틀린 문제를 다시 펼쳐 보는 모습이 보였고, 선생님도 어려워하는 부분은 진도를 서두르지 않고 차분히 짚어 주셨습니다. 시험 다음 날에도 틀린 문제를 피하지 않으려는 태도가 생긴 것만으로도 의미 있는 변화라 느꼈습니다.

★★★★★학부모 후기