서원구 고2수학과외







최종 답이 맞아 보여도 정의역을 먼저 확인한다
로그방정식의 계산 결과가 \(x=5,\,-1\)로 나왔다고 하자. 두 값을 원래 식에 대입하면 \(x=5\)만 가능하므로 최종 해는 \(x=5\)이다. 서원구과외에서 이 유형을 다룰 때도 계산보다 먼저 진수 조건을 확인하는 습관을 강조한다.
원래 식과 변형된 식의 차이
다음 방정식을 보자.
\[ \log_2(x-1)+\log_2(x-3)=3 \]
원래 식에서는
\[ x-1>0,\qquad x-3>0 \]
이므로 정의역은 \(x>3\)이다. 로그를 합치면
\[ \log_2\{(x-1)(x-3)\}=3 \]
이고, 지수화하여
\[ (x-1)(x-3)=8 \]
\[ x^2-4x-5=0,\qquad (x-5)(x+1)=0 \]
따라서 후보는 \(x=5,-1\)이다. 그러나 원래 정의역 \(x>3\)을 적용하면 \(x=5\)만 남는다.
왜 \(x=-1\)이 생겼는가
로그를 합친 식만 따로 보면 진수 조건은
\[ (x-1)(x-3)>0 \]
이므로 \(x<1\) 또는 \(x>3\)이다. 이 조건에서는 \(x=-1\)도 허용된다. 하지만 \(x=-1\)은 원래 식에서 \(x-1\)과 \(x-3\)이 모두 음수이므로 각각의 로그가 정의되지 않는다.
두 식의 해집합 비교
| 식 | 후보 해 | 최종 해 |
|---|---|---|
| \(\log_2(x-1)+\log_2(x-3)=3\) | \(5,-1\) | \(5\) |
| \(\log_2((x-1)(x-3))=3\) | \(5,-1\) | \(5,-1\) |
두 식은 계산 과정에서 비슷해 보이지만 정의역이 다르다. 원래 로그 두 개를 합칠 때는 각 진수가 양수라는 조건을 끝까지 보존해야 한다.
새 문제에 적용할 판단 기준
- 원래 로그식의 각 진수를 양수로 둔다.
- 로그의 합이나 지수화를 이용해 방정식을 변형한다.
- 계산으로 얻은 후보를 원래 정의역에 대입한다.
- 원래 식에서 실제로 정의되는 값만 해로 확정한다.
따라서 이 문제의 정답은 \(\boxed{x=5}\)이다. 변형 후 넓어진 식에서 얻은 \(x=-1\)은 추가된 가짜 해이므로 제외한다.