온의동 고2수학과외







정적분과 넓이, 그래프 없이 부호표로 세우기
학생은 고차 다항함수의 그래프를 정확히 그리지 못하면 넓이도 구할 수 없다고 생각했다. 그러나 넓이식에 필요한 것은 그래프의 모양 전체가 아니라 함수의 영점과 각 구간의 부호다. 온의동과외 수업에서는 이 판단을 부호표로 먼저 정리했다.
인수분해에서 시작하는 부호 판단
다음 함수의 x축과의 넓이를 생각해 보자.
f(x)=(x+1)(x-2)2(x-4)
영점은 x=-1, 2, 4이다. 이때 x=2는 짝수 중근이므로 그 점을 지나도 부호가 바뀌지 않는다.
| 구간 | (-∞,-1) | (-1,2) | (2,4) | (4,∞) |
|---|---|---|---|---|
| f(x)의 부호 | + | - | - | + |
넓이식은 부호에 맞춰 세운다
-1과 4 사이에서 함수는 x=2에서 0이 되지만 전체적으로 음수이므로, 해당 구간과 x축 사이의 넓이는
A=-∫-14f(x)dx
이다. 또는 접점에서 구간을 나누어
A=-∫-12f(x)dx-∫24f(x)dx
로 쓸 수 있다. 두 식은 같은 값을 나타낸다. 단순히 적분 기호 안에 절댓값을 붙이는 것이 아니라, 각 구간에서 함수가 양수인지 음수인지 확인해야 한다.
적분 순서만 보고 판단하면 생기는 오류
새 문항이 다음과 같이 주어졌다고 하자.
g(x)=(x-1)(x-3)(x-5)
구간 [1,5]에서 x축과 그래프 사이의 넓이를 구할 때, 영점 1, 3, 5를 기준으로 부호를 나눈다. [1,3]에서는 g(x)>0이고 [3,5]에서는 g(x)<0이므로 넓이는
∫13g(x)dx-∫35g(x)dx
이다. 적분 순서가 뒤집혀 있거나 음수 구간의 적분을 그대로 더하면 넓이가 음수가 될 수 있으므로, 부호를 먼저 점검해야 한다.
최종 확인 기준
- 인수분해하여 모든 영점을 찾았는가?
- 홀수 중근에서는 부호가 바뀌고 짝수 중근에서는 유지되는가?
- 함수가 음수인 구간의 정적분 앞에 마이너스를 붙였는가?
- 구한 값이 넓이이므로 음수가 아닌가?
그래프를 완성하지 못해도 영점과 부호표가 정확하면 넓이식은 올바르게 세울 수 있다.