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용현동고2수학과외

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용현동 고2수학과외: h=0을 먼저 넣으면 미분계수 정의가 무너지는 이유

용현동주공아파트처럼 학교와 주거지의 거리가 서로 다른 생활권에서는 풀이를 이어 갈 수 있는 시간이 학생마다 다를 수 있다. 그래서 짧은 시간에 미분계수 정의 문제를 풀더라도 계산을 서두르기보다, 식이 어떤 순서로 성립하는지 답안에 남기는 것이 중요하다. 용현동 내 확인된 동국대학교사범대학부속영석고등학교 학생이든 의정부시 내 다른 학교 학생이든 이 판단은 동일하게 적용된다.

극한을 계산하기 전에 차분몫의 조건부터 확인하기

함수 f(x)에서 x=a에서의 미분계수는

f′(a) = limh→0 {f(a+h)-f(a) \over h}

로 정의된다. 여기서 h는 0이 되는 값이 아니라 0에 가까워지는 변수다. 따라서 정의를 적용할 때는 먼저 h≠0인 차분몫을 만든 뒤, 그 식의 극한을 구해야 한다. 미분계수가 존재하려면 해당 극한이 유한한 값으로 존재해야 한다는 점도 함께 확인한다.

h=0을 대입해 0/0을 만든 오답

예를 들어 f(x)=x2일 때 x=2에서의 미분계수를 정의로 구해 보자.

학생의 오답표에는 다음과 같이 적혀 있었다.

h→0이므로 h=0을 대입하면
{f(2+0)-f(2) \over 0} = {4-4 \over 0} = {0 \over 0}

이 계산은 미분계수의 값이 0/0이라는 뜻이 아니다. 0/0은 계산 결과가 아니라 아직 정리되지 않은 부정형이며, 극한을 구하기 전에 분모에 직접 h=0을 넣었기 때문에 정의의 적용 순서를 어긴 것이다.

필요한 확인조건을 먼저 적으면 다음과 같다.

□ 차분몫을 먼저 정리한다: h≠0
□ h→0은 대입이 아니라 접근을 뜻한다
□ 정리된 식에서 마지막에 극한을 계산한다

이제 올바르게 계산하면

{f(2+h)-f(2) \over h} = {(2+h)2-22 \over h} = {4+4h+h2-4 \over h} = {h(4+h) \over h} = 4+h

마지막으로 h→0을 적용하므로

f′(2)=limh→0(4+h)=4

이다. 약분은 h≠0인 범위에서 이루어지며, 그 뒤에 극한을 취하는 과정이므로 처음부터 h=0을 대입한 것과 다르다.

정의가 성립하는 범위를 네모로 판별하는 연습

풀이 중간에 오답표의 문장이 보이면 다음 계산을 멈추고, 차분몫의 조건을 직접 표시하게 한다. 예를 들어 f(x)=3x-1x=5에서 미분계수를 구할 때는

{f(5+h)-f(5) \over h} = {(14+3h)-14 \over h} = 3  (h≠0)

이라고 먼저 쓴다. 따라서

f′(5)=limh→03=3

이다. 여기서도 h=0을 분수에 대입해 계산한 것이 아니라, h≠0인 차분몫을 정리한 후 극한값을 구했다.

식으로 바꾼 문항에서 순서를 다시 세우는지 확인하기

다음 문항은 앞의 숫자와 함수 형태를 바꾼 검증 문제다.

f(x)=x2-3x+1일 때, x=1에서의 미분계수를 미분계수의 정의로 구하여라.

먼저 학생이 h→0을 보고 바로 h=0을 넣는지 확인하지 않고, 답안에 다음 조건을 스스로 세우는지 본다.

h≠0인 차분몫을 만든 뒤 h→0

올바른 풀이를 쓰면

{f(1+h)-f(1) \over h} = {(1+h)2-3(1+h)+1-(1-3+1) \over h}

= {1+2h+h2-3-3h+1-(-1) \over h} = {h2-h \over h} = h-1

이므로

f′(1)=limh→0(h-1)=-1

이다. 이때 처음부터 h=0을 넣지 않고, h≠0 조건과 차분몫의 정리 과정을 남겼다면 새로운 식에서도 미분계수 정의의 성립 범위를 제대로 적용한 것이다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

용현동에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 모르는 문제를 숨기지 않고 표시해 두는 모습이 눈에 띄었습니다. 예전에는 조금 풀다 막히면 바로 손을 놓았지만, 선생님은 시험이 다가와도 새 진도를 서두르기보다 지난주 틀린 문제를 다시 살펴보며 질문하기 편하게 이끌어 주셨습니다. 옆에서 지켜보니 틀린 뒤에도 오래 풀이 죽지 않고 다시 이어가는 태도가 생겨 성적보다 반가웠습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

용현동에서 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀린 문제를 다시 보자는 말에 금방 지치고, 선생님 설명을 들어도 이해했다고만 했습니다. 선생님은 숙제를 무리하게 내지 않고 해낼 양으로 나눠 주셨고, 수업 전에는 질문할 문제를 직접 골라 오게 했습니다. 요즘은 숙제가 밀려도 할 수 있는 것부터 시작하고, 틀린 문제도 피하지 않으려는 모습이 보여 만족스럽습니다.

★★★★★

먼저 묻게 된 변화

용현동에서 첫 과외를 시작한 날, 옆에서 지켜보니 아이가 낯을 가리면서도 선생님이 “어디까지 이해했는지” 차분히 물어봐 주셔서 긴장이 조금씩 풀리는 모습이었습니다. 시험 전마다 새 문제만 급하게 풀던 아이가 몇 차례 수업 뒤에는 틀린 문제를 다시 보고, 모르는 부분을 그냥 넘기지 않으려는 습관을 보이기 시작해 만족스럽습니다.

★★★★☆

스스로 확인한 숙제

시험이 끝난 뒤 다음 공부 계획을 의논하는 선생님과 아이의 대화가 편안해 보여 안심됐습니다. 용현동에서 수업을 시작할 때는 한 문제에 오래 머물렀지만, 어려운 문제와 쉬운 문제를 적절히 섞고 스스로 풀 시간을 남겨 주셔서 요즘은 숙제도 한결 차분히 해냅니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

두 번째 수업을 기다리던 날, 시험이 다가오니 또 벼락치기를 해야 하나 싶어 마음이 무거웠다. 용현동에서 시작한 수업은 선생님이 답을 바로 알려주기보다 내가 어디까지 이해했는지 먼저 물어봐서 부담 없이 따라갈 수 있었고, 낯을 가리던 나도 조금씩 일정에 익숙해졌다. 요즘은 모르는 문제를 그냥 넘기지 않고 질문하게 된 점이 가장 달라졌다.

★★★★★