서북구 고2수학과외







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