부평동 부평여자고등학교 수학과외







그래프와 도함수의 부호가 어긋난 선택지
부평동에서 진행한 고등학교 수학과외에서 한 학생은 식과 그래프를 함께 제시한 증가함수 문제를 풀고 있었다. 문제의 핵심은 모든 구간에서 \(f'(x)\ge 0\)이 되도록 매개변수의 범위를 정하는 것이었다. 학생은 그래프의 방향을 살피면서 식에서 필요한 값을 찾아 계산까지 연결했다.
하지만 선택지를 검토하는 단계에서 계산 결과와 조건이 실제로 맞는지 확인하는 기준을 스스로 세우지 못했다. 예를 들어 \(f_a(x)=x^3-3ax\)가 모든 실수에서 증가하려면
\[ f'_a(x)=3x^2-3a=3(x^2-a)\ge 0 \]
이어야 한다. 학생은 \(a=1\)을 가능한 후보로 남겼지만, \(x=0\)을 대입하면 \(f'_1(0)=-3\)이 되어 조건을 만족하지 않는다. 그래프가 일부 구간에서 내려가는지를 확인하지 않은 채 선택지를 확정한 것이 오류의 시작이었다.
끝점이 아니라 조건을 깨뜨리는 값을 찾기
교정할 때는 틀린 답을 바로 지우게 하지 않고, 해당 값이 왜 허용되지 않는지 반례를 직접 만들게 했다. \(a=1\)일 때 \(x=0\)에서 도함수가 음수가 된다는 사실을 표시하고, 그래프에서도 그 지점 주변의 증가 방향이 유지되지 않는지 대조했다. 그 결과 학생은 후보를 찾는 것과 모든 \(x\)에서 부호 조건을 확인하는 것이 서로 다른 단계임을 구분했다.
증가함수 조건은 특정 점의 계산값이 아니라 정의된 구간 전체에서 \(f'(x)\ge0\)인지 확인하는 것이다.
구간이 바뀐 새 문항에서 범위 다시 세우기
다음 문제에서는 같은 식을 그대로 반복하지 않고, \(f_a(x)=x^3-3ax\)가 구간 \([1,2]\)에서 증가하도록 하는 \(a\)의 범위를 구하게 했다. 학생은 먼저
\[ f'_a(x)=3(x^2-a) \]
를 구한 뒤, 구간 안에서 \(x^2\)의 최솟값이 \(1\)이라는 점을 확인했다. 따라서 \(3(x^2-a)\ge0\)이 모든 \(x\in[1,2]\)에서 성립하려면 \(a\le1\)이어야 한다. 이번에는 후보를 정한 뒤 \(x=1\), \(x=2\), 그리고 그 사이의 값까지 점검하는 순서를 스스로 정해 답을 완성했다.
마지막에는 \(a=1.5\)를 대입해 \(x=1.2\) 같은 중간값에서 \(f'_a(x)=3(1.44-1.5)<0\)이 되는 것을 확인했다. 학생은 끝점만 괜찮아 보여도 구간 내부의 한 점에서 조건이 깨질 수 있음을 설명하며, 증가함수 여부를 판단할 때 중간값을 반드시 확인해야 한다는 기준을 스스로 세웠다.