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용이동고2수학과외

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용이동고2수학과외에서 확인한 도함수 부호와 증가·감소의 연결

f′(x)=0인 x만 표시하면 감소하다가 증가한다고 볼 수 있죠?

평택시 용이동에는 해당 지역명 주소로 확인된 고등학교가 없으므로, 평택여자고등학교·한광여자고등학교·이충고등학교 등 같은 평택시 학교의 통학권을 참고하되 학생마다 학교와 주거지 사이의 이동 시간을 다르게 살펴볼 필요가 있다. 이때 짧은 풀이 시간에도 반드시 남겨야 하는 것은 계산 결과 하나가 아니라 도함수의 부호 변화다.

f′(x)=0은 구간을 나누는 기준일 뿐이다

다음 함수를 살펴보자.

f(x)=x³-3x²-9x+2

도함수는

f′(x)=3x²-6x-9=3(x+1)(x-3)

이므로 f′(x)=0에서 x=-1, 3을 얻는다. 여기서 멈추면 안 된다. 두 값을 기준으로 구간을 나누고 각 구간에서 도함수의 부호를 확인해야 한다.

구간 대입값 f′(x)의 부호 함수의 변화
x<-1 x=-2 3(-1)(-5)>0 증가
-1<x<3 x=0 3(1)(-3)<0 감소
x>3 x=4 3(5)(1)>0 증가

따라서 f는 (-∞,-1)에서 증가, (-1,3)에서 감소, (3,∞)에서 증가한다. x=-1과 x=3은 도함수가 0인 점이고, 증가·감소는 그 양옆 구간의 부호로 결정된다. 접선의 기울기도 같은 도함수 f′(x)로 읽는다. 즉 f′(x)>0이면 해당 점에서 접선의 기울기가 양수이고, f′(x)<0이면 음수다.

두 임계점만 찍은 답안이 왜 부족한가

학생의 답안에는 “f′(x)=0인 x=-1, 3 표시 → -1에서 극대, 3에서 극소”만 적혀 있었다. 이 결론은 실제로는 맞지만, 각 구간의 부호를 조사하지 않아 증가·감소의 근거가 빠져 있다. 더구나 f′(x)=0이라고 해서 언제나 극대나 극소가 되는 것도 아니다.

예를 들어 g(x)=x³이면 g′(x)=3x²이고 g′(0)=0이다. 그러나 x<0과 x>0에서 모두 g′(x)>0이므로 g는 양쪽에서 계속 증가한다. 따라서 x=0은 극대나 극소가 아니다.

풀이를 고칠 때는 도함수의 영점 아래에 바로 구간을 나누고, 각 구간에서 간단한 값을 하나씩 대입한다. 원래 식 f′(x)=3(x+1)(x-3)을 유지한 채 x=0을 대입하면 3·1·(-3)<0임을 확인할 수 있다. 이 한 줄이 가운데 구간의 감소를 뒷받침한다.

계수와 부호가 바뀐 식에서 다시 확인하기

다음 문제에서는 앞의 숫자와 표현이 달라진다.

h(x)=-2x³+3x²+12x-1의 증가 구간과 감소 구간을 구하여라.

도함수는

h′(x)=-6x²+6x+12=-6(x-2)(x+1)

이므로 임계점은 x=-1, 2이다. 구간별로 확인하면

  • x<-1에서 x=-2를 대입하면 h′(-2)=-6(-4)(-1)<0
  • -1<x<2에서 x=0을 대입하면 h′(0)=-6(-2)(1)>0
  • x>2에서 x=3을 대입하면 h′(3)=-6(1)(4)<0

따라서 h는 (-∞,-1)에서 감소, (-1,2)에서 증가, (2,∞)에서 감소한다. 계수의 음수 때문에 부호가 뒤집힐 수 있으므로 인수분해 결과를 원래 도함수와 대조하고, 각 구간의 대입값으로 부호를 확인해야 한다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

용이동에서 수학 과외를 시작한 뒤 두세 번 수업이 지나자 숙제 앞에 앉는 모습부터 달라졌습니다. 전에는 틀린 이유보다 정답만 확인하려 했는데, 선생님이 바로 답을 알려주지 않고 어디까지 이해했는지 물어봐 주셔서 두 번째 수업 전에는 궁금한 문제를 미리 표시해 두었습니다. 이제는 모르는 문제를 그냥 넘기지 않는 습관이 생겨 성적보다 이런 변화가 더 반갑습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

학원 일정이 늦게 끝난 주말에도 예전처럼 문제집을 보자마자 한숨 쉬지는 않았습니다. 용이동에서 수업을 받은 뒤 선생님이 해야 할 일을 짧게 나눠 알려 주고, 모르는 문제는 지나치지 않도록 편하게 질문하게 해 준 덕분입니다. 계획이 밀려도 다시 순서를 정해 이어 가는 모습이 보여 공부를 대하는 마음이 한결 편해졌습니다.

★★★★★

밀리지 않는 과제

용이동에서 돌아온 뒤 평소보다 늦은 저녁이었는데, 아이가 먼저 책상에 앉아 수업에서 배운 내용을 다시 살펴보는 모습이 인상적이었습니다. 문제 수가 많으면 시작부터 부담스러워하던 아이에게 선생님은 시험 기간 할 일을 짧게 나누어 주고, 일정이 바뀌어도 무리 없이 다시 계획을 맞춰 주셨습니다. 숙제가 밀린 날에도 포기하지 않고 다음 순서를 정해 이어가는 모습에서 편안한 수업 분위기와 세심한 관리가 느껴졌습니다.

★★★★☆

스스로 확인한 숙제

시험 직전 주말에도 아이가 조급해하지 않고 책상에 앉는 모습이 보여 부모로서 마음이 놓였습니다. 용이동에서 수학과외를 시작한 뒤 선생님은 학교에서 돌아온 아이의 컨디션을 살피고, 이해가 덜 된 부분은 같은 내용을 다른 표현으로 차분히 설명해 주셨습니다. 예전엔 아는 문제도 답을 여러 번 확인했는데, 요즘은 숙제를 시작하는 시간도 짧아지고 공부를 조금 편하게 받아들이는 듯합니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

용이동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀린 문제를 다시 보는 일을 무척 싫어했습니다. 선생님은 막히는 문제뿐 아니라 맞힌 문제도 풀이를 짧게 설명하게 하고, 그날 할 일과 다음 복습 내용을 나눠 주셨습니다. 요즘은 수업 뒤 틀린 이유를 먼저 생각하고 다음 시험 계획에 질문까지 적어두는 모습이 보여 조금씩 달라지고 있음을 느낍니다.

★★★★★