






부정적분 오답의 출발점: 원시함수의 차는 왜 상수인가
춘천고등학교 학생의 풀이 기록에는 다음과 같은 문장이 있었다. “도함수가 같으므로 두 원시함수는 같은 함수이다.” 계산 과정은 자연스러워 보였지만, 오류는 적분 계산이 끝난 뒤가 아니라 원시함수의 관계를 해석하는 단계에서 시작되었다.
한 식에서 시작하는 원시함수 비교
두 함수 \(F(x)\), \(G(x)\)가 같은 함수 \(f(x)\)의 원시함수라고 하자.
\[ F'(x)=f(x),\qquad G'(x)=f(x) \]
그러면
\[ (F(x)-G(x))'=F'(x)-G'(x)=0 \]
따라서 연결된 구간에서 \(F(x)-G(x)\)는 상수이다. 즉, 두 원시함수는 식 전체가 같을 수도 있지만, 일반적으로는 상수만큼 차이 날 수 있다.
함수값 조건으로 상수 결정하기
예를 들어 \(F'(x)=G'(x)=2x+3\)이고 \(F(1)-G(1)=4\)라고 하자.
먼저
\[ F(x)=x^2+3x+C,\qquad G(x)=x^2+3x+D \]
이므로
\[ F(x)-G(x)=C-D \]
이다. \(x=1\)에서의 차이가 4이므로 \(C-D=4\)이다. 따라서 모든 \(x\)에서
\[ F(x)-G(x)=4 \]
가 성립한다.
그래프 조건을 잘못 읽은 이유
두 원시함수의 그래프는 도함수가 같으므로 기울기가 모든 점에서 같다. 따라서 두 그래프는 서로 평행하거나 완전히 겹친다.
만약 같은 구간에서 두 그래프가 한 점에서 만난다면 그 점에서의 함수값 차이가 0이므로 상수 차이도 0이다. 이때 두 함수는 한 점에서만 만나는 것이 아니라 해당 구간 전체에서 일치한다.
교정 전후 비교
잘못된 판단: \(F'(x)=G'(x)\)이므로 \(F(x)=G(x)\)이다.
교정된 판단: \(F'(x)=G'(x)\)이면 \(F(x)-G(x)=C\)이다. 별도의 함수값 조건이 있어야 \(C\)의 값을 결정할 수 있다.
따라서 “한 점에서 만난다”는 조건은 두 원시함수가 같은 구간에서 일치한다는 뜻으로 해석해야 하며, 서로 다른 두 평행 그래프가 한 점에서만 만난다는 식으로 사용할 수 없다.
풀이를 끝낸 뒤 확인할 기준
- 두 함수의 도함수가 실제로 같은지 확인한다.
- 두 원시함수의 차를 상수 \(C\)로 둔다.
- 주어진 함수값 조건을 대입해 \(C\)를 결정한다.
- 그래프가 만난다는 조건이 있다면 상수 차이가 0인지 확인한다.
이 과정을 익히면 소양로과외에서 부정적분 문제를 다룰 때도 적분식 자체보다 원시함수 사이의 관계를 먼저 판단할 수 있다.