좌동 부흥고등학교 수학과외







치환한 값이 0이 될 수 없는 이유를 놓친 풀이
좌동에서 수학 과외를 진행하던 학생은 지수식의 계산 자체보다 치환한 문자의 범위를 정하는 단계에서 풀이가 흔들렸다. 문제는 앞 단계에서 얻은 식을 다음 계산으로 연결하기 위해, 지수식을 하나의 문자로 바꾸고 그 값의 조건까지 판단해야 했다.
화살표로 묶은 항과 실제 치환 대상이 달랐던 장면
학생은 첫 계산 전에 관련된 식들을 화살표로 연결했지만, 계산 대상 하나를 잘못 묶었다. 예를 들어 식이
22x - 5·2x + 6 = 0
이라면 2x를 t로 둘 때 22x는 t2가 되어야 한다. 따라서 식은 t2 - 5t + 6 = 0으로 바뀌고, 동시에 t = 2x이므로 반드시 t > 0이라는 조건이 붙는다.
학생은 t의 범위를 적지 않은 채 계산을 이어 갔다. 답에 도달하기는 했지만, 왜 어떤 근을 제외하거나 받아들여야 하는지 설명할 수 없었다. 특히 치환한 값이 원래 지수식에서 나온 양수라는 사실을 중간 판단으로 사용하지 않은 것이 오류의 시작이었다.
계산 순서를 바꾸어 양수 조건을 먼저 확인하기
같은 식을 앞서 사용한 화살표 방식과 다르게 점검하기 위해, 먼저 t = 2x라고 정의하고 가능한 범위를 적게 했다. 밑이 양수인 지수식은 어떤 실수 x에서도 양수이므로 t의 범위는 t > 0이다. 그다음 22x = (2x)2 = t2임을 확인했다.
이제 t2 - 5t + 6 = 0에서 t = 2 또는 t = 3을 얻는다. 두 값 모두 양수이므로 제외할 근은 없고, 원래 치환으로 돌아가면 각각 2x = 2, 2x = 3으로 이어진다. 범위를 먼저 정하자 계산 결과를 받아들일 기준도 분명해졌다.
지수식으로 치환한 값은 계산 편의를 위한 문자일 뿐 아니라, 원래 식에서 정해지는 범위까지 함께 가져온다.
새로운 밑과 계수로 바꾼 문제에서의 판단
이후에는 이전 식을 복사하지 않고, 32x - 4·3x - 5 = 0을 제시했다. 학생은 u = 3x로 새롭게 두면서 u > 0을 먼저 기록했고, 식을 u2 - 4u - 5 = 0으로 만들었다.
근은 u = 5와 u = -1이지만, u = 3x는 양수이므로 -1은 바로 제외했다. 남은 관계식 3x = 5에서 x = log35를 스스로 구성하며, 앞의 문제와 다른 표현에서도 같은 범위 판단을 적용했다.
마지막에는 계산 결과를 원래 관계식에 대입하는 대신, 제외한 u = -1을 지수식 3x과 비교하게 했다. 실수 x에 대해 3x가 음수가 될 수 없으므로 이 근은 처음부터 원래 문제에 들어올 수 없다는 점을 설명했다. 양수 조건 때문에 예외가 남지 않는 이유까지 확인하면서 치환의 범위 설정이 풀이의 부수적인 메모가 아니라 해를 판정하는 기준임을 검증했다.