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부림동고2수학과외

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부림동 고2수학과외: 삼각함수 그래프에서 식을 복원하는 기준

과천시 부림동에서 통학하며 고등학교 수학을 공부할 때는 학교별 프린트와 시험 문제를 짧은 시간 안에 분석해야 하는 경우가 많다. 특히 삼각함수 그래프 문제는 눈에 보이는 한 점만으로 식을 정하는 순간 오류가 시작된다.

한 점을 지나는 식과 그래프 전체를 나타내는 식은 다르다

예를 들어 어떤 그래프가 점 $(1,0)$을 지난다는 이유로 학생이

y=2\sin(x-1)

이라고 적었다고 하자. 이 식은 실제로 x=1일 때 y=0이므로 해당 점을 지난다. 그러나 점 하나를 지난다는 사실만으로 진폭, 주기, 평행이동이 모두 결정되지는 않는다.

삼각함수의 일반적인 형태를

y=a\sin b(x-c)+d

로 쓰면 그래프에서 다음 정보를 각각 찾아야 한다.

  • 최댓값과 최솟값으로 진폭 |a|와 중심선 y=d를 확인한다.
  • 최댓값 사이 또는 같은 방향의 영점 사이의 가로 길이로 주기를 확인한다.
  • 처음 나타나는 최대점·최소점·상승 영점의 위치로 위상 이동 c를 결정한다.

계산 줄에서 빠진 것은 그래프의 두 번째 기준점이다

그래프의 최댓값이 3, 최솟값이 -1이라면 중심선은

d=\frac{3+(-1)}2=1

이고 진폭은

|a|=\frac{3-(-1)}2=2

이다. 따라서 중심선을 기준으로 위로 시작하는 그래프라면 식은 우선

y=2\sin b(x-c)+1

꼴이어야 한다. 이때 (1,0) 하나만 보고 c=1이라고 정할 수 없다. 실제로 이 점은 중심선 아래에 있으므로, 상승하는 영점인지 하강하는 영점인지 그래프의 방향도 함께 확인해야 한다.

만약 그래프가 (1,0)에서 하강하고, 다음 최솟값이 x=2에서 나타난다면 중심선에서 최솟값까지의 가로 거리는 주기의 1/4이다. 따라서

\frac{T}{4}=2-1=1, T=4

이고

b=\frac{2\pi}{T}=\frac{\pi}{2}

가 된다. 이 그래프의 식은 (1,0)에서 하강하는 조건에 맞추어

y=-2\sin\left(\frac{\pi}{2}(x-1)\right)+1

로 나타낼 수 있다. 실제로 x=1에서 y=1이 되어 이 식은 위의 점을 지나지 않으므로, 하강 영점이라는 해석과 중심선 y=1은 서로 맞지 않는다. 이처럼 그래프에서 읽은 점의 y좌표와 중심선을 먼저 대조해야 한다.

(1,0)이 중심선 위에 있으려면 d=0이어야 한다. 같은 조건에서 그래프가 (1,0)을 지나 하강하고 x=2에서 최솟값 -2를 갖는다면

y=-2\sin\left(\frac{\pi}{2}(x-1)\right)

가 되고, 대입하면 x=1에서 y=0, x=2에서 y=-2이므로 두 조건을 모두 만족한다.

그래프 복원용 답안에는 네 가지 표시를 남긴다

학생이 다음부터는 그래프 옆에 임의로 식을 쓰지 않고, 먼저 다음 항목을 표시하도록 훈련한다.

  1. 최댓값과 최솟값을 읽어 중심선과 진폭을 계산한다.
  2. 같은 모양이 반복되는 두 점을 찾아 주기를 구한다.
  3. 기준점에서 그래프가 상승하는지 하강하는지 화살표로 표시한다.
  4. 완성한 식에 그래프에서 읽은 점 두 개를 대입한다.

예를 들어 y=-2\sin\left(\frac{\pi}{2}(x-1)\right)x=1,2를 대입하면 각각 0,-2가 나온다. 한 점만 맞는 식을 정답으로 남기지 않고, 방향과 주기까지 함께 확인하는 방식이다.

조건을 바꾼 그래프에서도 기준점을 스스로 찾는가

마지막에는 힌트 없이 다음 조건을 제시한다.

“삼각함수 그래프의 최댓값이 4, 최솟값이 -4이고, x=2에서 상승하며 중심선을 지난다. 같은 방향으로 다시 중심선을 만나는 점이 x=6일 때 함수식을 구하여라.”

최댓값과 최솟값으로 진폭은 4, 주기는 6-2=4가 아니므로 주의해야 한다. 상승하는 중심선 교점에서 다음 상승 중심선 교점까지가 한 주기이므로 T=4, 따라서 b=\frac{\pi}{2}이다. 그러므로

y=4\sin\left(\frac{\pi}{2}(x-2)\right)

가 된다. 이 문제에서 학생이 최댓값만 보고 y=4\sin(x-2)라고 쓰지 않고, 최솟값·반복 간격·상승 방향을 차례로 표시하는지가 그래프 복원 판단이 유지되었는지를 보여준다.

수업에서 달라진 모습

스스로 확인한 숙제

부림동에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 수업 내용을 먼저 이야기하는 날이 생겼습니다. 예전에는 답이 바로 나오지 않으면 불안해했는데, 선생님은 틀린 풀이를 처음부터 다시 시키기보다 어디서 어긋났는지 함께 찾아 주셨고, 시험을 보고 온 날에도 아이가 스스로 숙제를 정리하며 복습하는 모습이 보였습니다.

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질문이 편해진 수업

학교 과제와 과외 숙제가 겹친 날에도 아이가 예전처럼 완벽하게 하려다 멈추지 않고, 모르는 부분을 먼저 물어보는 모습이 보였습니다. 부림동에서 만난 선생님은 어려운 문제를 무리하게 넘기지 않고 그 자리에서 다시 설명하며 숙제와 복습을 차분히 챙겨 주셨습니다. 시험기간에는 틀린 문제를 다시 펼쳐보는 것부터 달라져 성적보다 반가운 변화를 느꼈습니다.

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먼저 묻게 된 변화

새 학기를 앞두고 아이는 기분 내키는 날에만 공부하고, 푼 문제도 다시 살피지 않았습니다. 부림동에서 수업을 시작한 뒤 선생님은 어려운 문제를 피한 날에도 잘한 부분을 먼저 짚어 주며 무리하게 진도를 밀지 않았고, 아이는 이제 모르는 내용은 솔직히 말하며 풀이를 다시 확인합니다.

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스스로 확인한 숙제

학교 숙제와 과외 숙제가 겹친 날에도 아이가 예전처럼 틀린 문제를 표시만 해두지 않고, 수업이 끝난 뒤 다시 펼쳐보는 모습이 보였습니다. 부림동에서 수업을 시작한 뒤 선생님은 시험 기간에도 어려운 부분을 무리하게 진도 나가지 않고 아이가 이해할 때까지 차분히 설명해 주셨습니다. 완벽하게 하려는 성향을 배려하며 부담 없이 복습하는 습관을 만들어 주신 점이 특히 고맙습니다.

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틀린 문제를 다시 보는 법

수업이 끝난 뒤 아이가 부림동에서 배운 내용을 먼저 설명해 주는 날이 생겨 반가웠습니다. 예전에는 답이 바로 나오지 않으면 불안해하며 긴 풀이를 중간에 포기했는데, 선생님은 틀린 답을 전부 다시 풀게 하기보다 처음 어긋난 부분을 차분히 찾아 주셨습니다. 시험 전날에도 아이와 실제 일정에 맞춰 복습할 내용을 정해 주셔서, 이제는 스스로 공부할 순서를 이야기합니다.

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