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가락동고2수학과외

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가락동고2수학과외: 로그방정식의 실근 개수를 그래프로 확인하는 풀이

가락동은 가락시영아파트와 가락동극동아파트처럼 주거지가 넓게 형성되어 있고, 학교와 집 사이의 이동 거리도 학생마다 다릅니다. 그래서 짧은 학습 시간에도 풀이의 어느 줄에서 판단이 끊겼는지 확인하는 과정이 중요합니다. 이번에는 로그방정식에서 계산식만 보고 실근 개수를 정해 버린 사례를 살펴봅니다.

log₂x=x−1에서 빠진 한 줄

문제는 다음 방정식의 실근 개수를 묻는 것이었습니다.

log2x=x−1

먼저 로그의 정의에 따라 x>0이어야 합니다. 그런데 풀이에는 곧바로 “로그함수와 일차함수의 식이 다르므로 교점은 하나”라는 판단이 적혀 있었습니다. 식의 모양만 비교해서는 교점 개수를 알 수 없습니다.

두 함수의 차를

f(x)=log2x−x+1

로 두면, 방정식의 실근은 f(x)=0인 x입니다. 실제로

  • f(1)=0−1+1=0
  • f(2)=1−2+1=0

따라서 x=1과 x=2는 각각 실근입니다. 두 근을 찾았다고 바로 끝내지 않고, 다른 근이 더 있는지도 확인해야 합니다.

그래프가 알려 주는 교점의 최대 개수

f(x)의 도함수는

f′(x)=1/(x ln 2)−1

입니다. f′(x)=0이면 x=1/ln2이고, x>0에서 f′(x)는 이 값을 기준으로 양수에서 음수로 바뀝니다. 따라서 f(x)는 한 번 증가한 뒤 한 번 감소합니다. 그래프는 x축과 많아야 두 번 만날 수 있습니다.

이미 x=1, 2에서 x축과 만났으므로 실근은 정확히 2개입니다. 이때 그래프를 직접 그리면 x=0의 오른쪽에서 함수값이 음수로 내려가고, 중간에 올라온 뒤 다시 내려가는 모양이 되어 두 교점을 확인할 수 있습니다.

계산 전에 네모로 고정할 확인 조건

비슷한 문제를 풀 때는 다음 세 항목을 식 옆에 먼저 적습니다.

□ 로그의 정의역: x>0

□ 교점 개수를 볼 함수: f(x)=log2x−x+1

□ 증가·감소 또는 그래프로 교점의 최대 개수 확인

그 뒤 x=1, 2를 대입하고, f′(x)의 부호 변화를 확인합니다. 이 순서를 지키면 찾은 근의 개수와 전체 실근 개수를 혼동하지 않게 됩니다.

계수가 바뀐 식에서 다시 확인하기

다음 식으로 조건을 바꾸어 확인합니다.

log2x=x−2

이번에는

g(x)=log2x−x+2

로 둡니다. 정의역은 여전히 x>0이고,

g′(x)=1/(x ln2)−1

이므로 증가 후 감소하는 구조도 같습니다. g(4)=2−4+2=0이므로 x=4는 한 실근입니다. 또 g(0.25)=−2−0.25+2=−0.25, g(0.5)=−1−0.5+2=0.5이므로 0.25와 0.5 사이에 한 근이 존재합니다. 증가 후 감소하는 그래프이므로 실근은 총 2개입니다.

계수가 바뀌어 간단한 정수근 하나만 보이는 상황에서도 정의역, 그래프의 변화, 교점의 최대 개수를 차례로 적었다면 실근 하나를 빠뜨리지 않고 판단할 수 있습니다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

가락동에서 수학 과외를 시작한 뒤, 선생님과 수업 이야기를 나눌 때 아이를 몰아붙이기보다 현재 학습 상태를 차분히 살펴 주신다는 인상을 받았습니다. 학기 초 첫 시험을 준비하며 숙제도 무리하게 앞서가기보다 학교 진도를 꼼꼼히 복습했고, 이제는 모르는 문제를 피하지 않고 하나씩 해결해 보려는 모습이 보입니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

시험 일주일 전 평일 저녁, 가락동에서 수학 과외를 시작한 아이가 미루지 않고 책상에 앉는 모습이 인상적이었습니다. 예전에는 모르는 문제를 그냥 넘겼지만 선생님이 중간중간 편하게 질문하도록 이끌고, 이해가 덜 된 부분은 서두르지 않고 다시 살펴주셨습니다. 몇 차례 수업 뒤에는 시험기간에도 자기 공부 흐름을 유지하려는 모습이 보여 성적보다 반가웠습니다.

★★★★★

먼저 묻게 된 변화

첫 수업을 마치고 나서 선생님이 답을 바로 알려주기보다 어디까지 이해했는지 먼저 물어봐 주셔서 편하게 대화할 수 있었다고 느꼈습니다. 낯을 가려 틀린 문제를 그냥 넘기던 저도 가락동에서 수업을 받은 뒤에는 모르는 부분을 표시하고 다시 질문하게 됐습니다. 집에서 숙제하는 모습도 조금 여유로워졌습니다.

★★★★★

모르는 걸 말하는 힘

저녁마다 숙제를 시작해도 어려운 문제를 만나면 금세 손을 놓던 아이가, 가락동에서 수업을 시작한 뒤에는 조금 달라졌습니다. 선생님은 수업 전 틀린 문제를 다시 살펴보며 모른다고 말해도 괜찮다는 분위기를 만들어 주셨고, 질문도 서두르지 않고 천천히 이끌어 주셨습니다. 요즘은 틀린 문제를 피하기보다 먼저 물어보려는 모습이 보여 마음이 놓입니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

가락동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 답이 바로 나오지 않으면 긴장해서 모르는 문제도 그냥 넘기곤 했습니다. 선생님은 질문을 사소하게 여기지 않고 왜 궁금했는지부터 차분히 들어주셔서, 아이가 수업 중 편하게 손을 들기 시작했습니다. 시험 전날 복습할 내용을 고를 때도 스스로 공부를 시작하고, 숙제가 많으면 먼저 이야기하는 모습이 인상적이었습니다.

★★★★☆