우동 고2수학과외







점값과 정적분이 같아지는 조건에서 거꾸로 살펴본 풀이
우동과외 수업에서 다음 역문제를 먼저 제시했다.
문제. 상수함수 \(f(x)=c\)가 구간 \([a,b]\)에서 정의될 때, \(\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx=f(a)\)가 되기 위한 조건을 구하여라.
최종 검증에서 발견한 조건
상수함수에서는 \(f(a)=c\)이고, 정적분은
\[ \int_a^b f(x)\,dx=\int_a^b c\,dx=c(b-a) \]
이다. 따라서
\[ c(b-a)=c \]
가 성립해야 한다. 정리하면
- \(c\neq0\)이면 \(b-a=1\)
- \(c=0\)이면 구간 길이와 관계없이 성립
처음 오류를 역추적하기
처음에는 정적분을 항상 \(f(a)\)와 같다고 생각했다. 그러나 \(f(a)\)는 한 점에서의 함수값이고, 정적분은 구간 전체에서 누적된 값이다.
예를 들어 \(f(x)=3\)일 때
\[ f(1)=3,\qquad \int_1^5 3\,dx=3(5-1)=12 \]
이므로 두 값은 같지 않다. 상수함수라도 점값과 적분값이 같아지려면 구간 길이가 추가로 고려되어야 한다.
구간 길이를 바꾸어 확인한 관계
같은 함수 \(f(x)=3\)에 대해 구간을 비교하면 차이가 분명해진다.
| 구간 | 구간 길이 | 정적분 | 점값 \(f(a)\) |
|---|---|---|---|
| [1, 2] | 1 | 3 | 3 |
| [1, 4] | 3 | 9 | 3 |
| [1, 5] | 4 | 12 | 3 |
상수함수의 정적분은 단순히 함수값이 아니라 함수값과 구간 길이의 곱이다. 따라서 \(\int_a^b c\,dx=c(b-a)\)를 먼저 확인해야 한다.
새 문제에 적용하기
다음과 같이 조건을 바꾸어도 같은 원리가 적용된다.
문제. \(f(x)=5\)일 때 \(\displaystyle\int_2^t f(x)\,dx=f(2)\)가 되도록 하는 \(t\)를 구하여라.
\[ \int_2^t5\,dx=5(t-2),\qquad f(2)=5 \]
따라서 \(5(t-2)=5\)이므로 \(t=3\)이다. 적분 구간의 길이가 \(1\)이라는 점이 핵심이다.
판단 기준
상수함수라는 사실만으로 정적분과 함수값이 같다고 결론 내릴 수 없다. 먼저 함수가 일정한지 확인하고, 그다음 구간 길이를 곱한 누적값과 특정 점의 함수값을 비교해야 한다.