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교문동고2수학과외

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교문동고2수학과외에서 해의 개수를 그래프 교점으로 점검하는 삼각방정식 풀이

서울삼육고등학교의 시험 범위와 수행평가 일정, 평일 귀가 시간을 함께 고려하면 삼각방정식은 공식을 많이 적는 것보다 그래프의 교점과 해의 범위를 끝까지 확인하는 풀이가 필요하다. 갈매고·인창고·토평고·수택고등학교는 같은 구리시의 참고 학교일 뿐, 교문동 소재 학교로 보아서는 안 된다.

sin x와 x/2의 교점을 주기처럼 세면 생기는 오류

라디안 단위에서 다음 방정식의 해를 구한다고 하자.

sin x = x/2,   0≤x≤2π

양변을 그래프로 보면 왼쪽은 y=sin x, 오른쪽은 y=x/2이다. 학생의 첫 풀이에는 “사인 그래프가 한 주기 끝에서 다시 시작하므로 교점도 반복된다”는 식의 판단이 들어갔다. 그래서 x=0과 x≈1.895를 찾은 뒤, 2π 부근에도 같은 교점이 있다고 세었다.

그러나 x=2π에서는 sin x=0이고 x/2=π이므로 두 그래프는 만나지 않는다. 사인 그래프는 주기함수지만 직선 y=x/2는 주기함수가 아니다. 따라서 사인의 한 주기가 반복된다는 사실만으로 교점이 반복된다고 판단할 수 없다.

또한 sin x≤1이므로 해가 있다면 x/2≤1, 즉 x≤2이다. 주어진 구간에서 실제로 확인할 범위는 0≤x≤2뿐이다. 이 구간에서 x=0은 해이고, 0<x≤2에서는 sin x와 x/2의 교점이 하나 더 생겨 x≈1.895이다. 따라서 해의 개수는 2개이다.

정답을 지우기 전에 교점 판단의 원인을 한 문장으로 남기기

오답을 발견하면 전체 풀이를 지우지 않고 먼저 다음처럼 적는다.

“sin x의 주기가 반복되어도 x/2는 반복되지 않으므로, 주기 끝에 교점을 추가할 수 없다.”

그다음 교점 후보를 원래 식에 대입한다.

  • x=0: sin 0=0, 0/2=0이므로 해
  • x=2π: sin 2π=0, (2π)/2=π이므로 해가 아님

그래프를 그린 뒤에는 반드시 “교점의 좌표가 원래 두 식의 값을 동시에 만족하는가”를 확인해야 한다. 해 개수를 묻는 문제에서는 찾은 해의 개수뿐 아니라, 구간의 양 끝과 반복된다고 착각한 점까지 대입하는 과정이 필요하다.

표기와 계수를 바꾼 뒤에도 교점 수를 유지하는지 확인

다음 문제를 별도로 풀어 본다.

sin θ = θ/3,   -π≤θ≤π

θ도 라디안으로 보고, sin θ≤1에서 θ≤3이라는 조건을 먼저 확인한다. 주어진 구간에서는 양의 부분과 음의 부분이 대칭이므로 θ=0 외에 양쪽에 각각 한 교점이 생긴다. 실제 해는 대략 θ≈±2.279이며, 해의 개수는 3개이다.

이때도 θ=−π와 θ=π를 단지 사인 그래프의 주기 끝이라는 이유로 중복 처리하지 않는다. 각각 원래 식에 대입해 sin(±π)=0과 (±π)/3이 다름을 확인해야 한다. 계수와 문자 표기가 바뀌어도 그래프의 두 식이 함께 반복되는지, 실제 구간 안에 교점이 몇 개인지를 따져야 풀이가 유지된다.

수업에서 달라진 모습

스스로 확인한 숙제

학교 과제와 과외 숙제가 겹치면 아이가 완벽하게 해내려는 마음에 시험 전 새 문제만 붙잡고 있었습니다. 교문동에서 수업을 받으며 선생님은 그날 할 수 있는 문제부터 차분히 시작하고, 설명 속도보다 이해했는지 살펴주셨어요. 요즘은 답이 틀려도 바로 포기하지 않고 한 번 더 확인하는 모습이 보여 마음이 놓입니다.

★★★★☆

틀린 문제를 다시 보는 법

방학 첫 주 교문동에서 아이가 선생님과 공부 계획을 세우는 모습을 지켜보니, 예전처럼 시험 직전에 새 문제만 몰아풀지 않고 복습할 부분을 먼저 정리하더군요. 수업이 일찍 끝난 날에는 오답을 다시 확인하고, 집중이 흐트러지면 선생님이 부담 없이 흐름을 조절해 주셨습니다. 학교 일정이 바뀌어도 계획을 다시 맞추는 일이 한결 수월해졌습니다.

★★★★★

먼저 묻게 된 변화

주말 오전이면 숙제를 미루던 아이가 요즘은 먼저 책상에 앉는 모습이 보입니다. 교문동에서 수학 과외를 시작한 초반에는 실수할까 봐 질문도 숨기고 숙제를 몰아서 했지만, 선생님께서 반응을 살피며 같은 내용을 다른 말로 천천히 설명해 주셔서 부담이 줄었다고 합니다. 시험 일주일 전에도 모르는 부분을 편하게 묻는 모습이 인상적이었습니다.

★★★★★

실수를 넘기지 않는 습관

교문동에서 수학 과외를 시작한 뒤에도 아이는 답이 바로 나오지 않으면 금세 불안해했고, 시험 전에는 새 문제만 찾아 풀곤 했습니다. 선생님은 전날 복습할 내용을 함께 고르며 틀린 풀이를 처음 어긋난 부분부터 차분히 짚어 주셨고, 이해했는지 살피며 속도를 조절했습니다. 요즘은 수업에서 배운 내용을 먼저 이야기하고, 시험기간에도 예전보다 한결 편안하게 공부합니다.

★★★★★

시험 준비가 차분해졌어요

교문동에서 수학 과외를 시작했을 때는 수업 중에도 조용히 듣기만 하고, 집에서는 배운 내용을 다시 펼쳐보지 않았습니다. 교재 난도가 높아진 단원에서도 선생님은 바로 답을 알려주기보다 필요한 때에만 힌트를 주셔서 스스로 이어갈 시간을 마련해 주셨습니다. 시험 결과보다 수업을 대하는 부담이 줄고 대답하는 목소리가 편안해진 점이 가장 반가웠습니다.

★★★★★