원당동 인천이음고등학교 수학과외







적분상수 하나가 원시함수의 묶음을 만드는 과정
인천이음고등학교 수학 과외에서 한 학생은 부정적분 문제를 풀며 중간식 옆에 조건과 확인할 값을 따로 적었다. 계산 자체는 빠르게 진행했지만, 왜 적분 결과에 적분상수 \(C\)가 붙는지와 서로 다른 원시함수가 어떤 관계인지 설명하는 단계에서 풀이가 멈췄다.
같은 도함수를 만드는 식을 직접 비교한 장면
교사는 먼저 \(f'(x)=2x\)를 제시하고 학생에게 원시함수를 여러 개 써 보게 했다. 학생은 \(x^2\), \(x^2+3\), \(x^2-5\)를 적은 뒤 각각을 미분하여 모두 \(2x\)가 된다는 사실을 확인했다. 서로 다른 식이 같은 도함수를 갖는 이유는 두 식의 차이가 상수이기 때문이었다.
같은 함수의 원시함수들은 서로 다른 상수만큼 차이 나므로, 조건이 주어지기 전에는 \(x^2+C\)처럼 나타낸다.
처음 학생은 \(x^2\)만 적고 답을 끝내려 했다. 그러나 이 식은 가능한 원시함수 중 하나일 뿐이었다. \(x^2+3\)도 미분하면 \(2x\)가 되므로, 조건 없이 특정 식 하나만 선택할 수 없다는 점을 반례로 확인했다.
주어진 조건이 C의 값을 결정한 방식
이후 \(F'(x)=2x\), \(F(1)=3\)인 경우를 풀 때 학생은 먼저 \(F(x)=x^2+C\)를 세웠다. \(x=1\)을 대입하면 \(1+C=3\)이므로 \(C=2\), 따라서 \(F(x)=x^2+2\)가 된다. 단순히 상수를 붙이는 데 그치지 않고, 조건이 없으면 \(C\)를 정할 수 없고 조건이 있을 때만 하나의 원시함수가 결정된다는 순서를 적었다.
정답 후보를 지운 뒤에도 조건을 확인한 적용
새 문항에서는 \(G'(x)=6x-4\), \(G(2)=5\)가 주어졌다. 학생은 \(G(x)=3x^2-4x+C\)를 만든 다음 \(2\)를 대입하여 \(12-8+C=5\), 즉 \(C=1\)을 구했다. 마지막에는 도출한 식을 미분해 \(6x-4\)가 되는지 확인하고, \(G(2)=5\)도 다시 대입했다.
최종 검증에서는 조건을 제거했을 때 \(3x^2-4x\), \(3x^2-4x+7\)처럼 여러 원시함수가 남는다는 점을 학생이 직접 비교했다. 반대로 \(G(2)=5\)가 주어지면 \(C=1\)만 허용되므로, 적분상수는 항상 임의로 붙이는 값이 아니라 주어진 조건에 따라 결정되는 값임을 구별해 냈다.