춘천 고2수학과외







오답 기록에서 시작한 구간 최적화
춘천과외 수업에서 한 학생은 이차·삼차함수의 최댓값과 최솟값을 구할 때 공식 없이 구간의 모든 점을 대입하려 했다. 하지만 연속적으로 변하는 함수의 값을 무작정 비교할 수는 없으므로, 먼저 그래프의 개형과 도함수의 부호를 확인해야 한다.
그래프 개형으로 후보를 줄이기
다음 함수를 구간 0≤x≤3에서 살펴보자.
f(x)=x3-3x2+1
도함수는
f′(x)=3x(x-2)
이므로 임계점은 x=0, 2이다. 구간의 끝점과 임계점을 후보로 정하면 x=0, 2, 3만 확인하면 된다.
| x | f(x) |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 2 | -3 |
| 3 | 1 |
따라서 최댓값은 1, 최솟값은 -3이다. 모든 점을 대입하는 대신 끝점과 구간 안의 임계점만 평가하는 것이 핵심이다.
불필요한 임계점을 걸러 내는 새 문제
이동한 함수의 후보 확인
이번에는 함수와 구간이 함께 이동한 경우를 보자.
g(x)=(x-1)3-3(x-1)2+2, 2≤x≤5
t=x-1로 놓으면 원래 함수의 형태는 같지만, 구간은 1≤t≤4가 된다. 도함수는
g′(x)=3(x-1)(x-3)
이므로 임계점은 x=1, 3이다. 그러나 x=1은 주어진 구간에 포함되지 않는다. 따라서 평가할 후보는 x=2, 3, 5이다.
- g(2)=0
- g(3)=-2
- g(5)=18
그러므로 구간 [2,5]에서 최댓값은 18, 최솟값은 -2이다. 구간 밖의 임계점까지 포함하면 잘못된 최솟값이나 최댓값을 선택할 수 있다.
최종 검증
도함수의 부호를 확인하면 [2,3]에서는 감소하고 [3,5]에서는 증가한다. 따라서 x=3에서 최솟값이 나와 계산 결과와 일치한다. 구간 최적화에서는 도함수로 임계점을 찾은 뒤, 정의역 안에 있는 점과 양 끝점만 비교해야 한다.