석사지구 고2수학과외







적분값이 0인데 넓이도 0일까?
학생의 풀이 기록에는 다음과 같이 적혀 있었다.
함수 \(y=x\)는 원점대칭이고, 구간 \([-2,2]\)에서 정적분값은 0이다. 따라서 그래프와 \(x\)축으로 둘러싸인 넓이도 0이다.
계산 자체는 맞지만, 마지막 결론에서 적분값과 실제 넓이를 같은 것으로 보았다. 이 차이는 석사지구과외 수업에서도 자주 점검하는 핵심 개념이다.
하나의 식에서 출발하기
다음 함수를 살펴보자.
\[ f(x)=x,\qquad -2\le x\le 2 \]
홀함수이므로 대칭구간에서 정적분은
\[ \int_{-2}^{2}x\,dx=0 \]
이다. 이는 \(x\)축 위쪽의 양의 적분값과 아래쪽의 음의 적분값이 서로 상쇄된 결과다.
정적분값과 실제 넓이 비교
실제 넓이를 구할 때는 아래쪽 부분도 양수로 세어야 한다.
\[ \text{넓이} =\int_{-2}^{0}(-x)\,dx+\int_{0}^{2}x\,dx \]
\[ =2+2=4 \]
또는 오른쪽 삼각형의 넓이를 구해 대칭으로 두 배 하면
\[ 2\times\frac12\times2\times2=4 \]
가 된다. 따라서 정적분값은 \(0\), 그래프와 \(x\)축 사이의 전체 넓이는 \(4\)이다.
대칭성의 올바른 사용
홀함수는 원점대칭이므로 대칭구간에서 정적분값이 0이다. 그러나 넓이는 부호를 제거한 뒤 계산해야 한다.
\[ \text{넓이}=\int_{-2}^{2}|x|\,dx=4 \]
대칭성은 넓이를 없애는 근거가 아니라, 한쪽 넓이를 구해 두 배로 계산하는 근거가 된다.
최종 확인
| 구분 | 값 | 의미 |
|---|---|---|
| 정적분 | \(0\) | 위쪽과 아래쪽의 부호 있는 값이 상쇄됨 |
| 전체 넓이 | \(4\) | 각 부분을 모두 양수로 계산함 |
따라서 “홀함수의 대칭구간 정적분은 0”이라는 명제와 “그 구간의 넓이가 0”이라는 명제는 서로 다르다. 넓이를 묻는 문제에서는 그래프가 \(x\)축 위아래 어디에 있는지 확인하고, 필요한 경우 \(|f(x)|\)를 사용해야 한다.