도함수의 부호 분석
우아함
일반화
- 1f′(x) = 3x² − 3 = 3(x − 1)(x + 1) 로 인수분해→ 미적분 §3.1.2 p.74
- 2f′(x) = 0 → x = -1, 1
- 3부호 표를 그려서 부호 변화 확인 (+ → −는 극대, − → +는 극소)
- 4x = -1에서 극대, x = 1에서 극소
- 5f(-1) = 3, f(1) = -1
Q-SCI-PHY-0231과학 · 물리Ⅰ / 역학과 에너지SIGNATURE
엘리베이터 수직항력
문제 단위 학습 허브4.7980회 조회
예상 2등급 — 상위권 — 정답 근거 + 유형 전략 (2개 섹션 자동 펼침)
한눈에 보기
내 답 vs 정답
엘리베이터가 위 방향으로 등가속도 a로 운동할 때, 질량 m인 사람에게 작용하는 수직항력 N의 크기는?
내 답 ②
m(g + a)
정답 ①
mg
풀기 전 단서
왜 이 문제인가
도함수의 부호 변화로 함수의 증감을 판단하는 능력은 수능 미적분의 가장 자주 출제되는 주제예요. 이 문제는 "f′(x) = 0이면 무조건 극값"이라는 흔한 오개념을 시험하기 위해 의도적으로 설계됐어요.
4가지 풀이 흐름
SIGNATURE같은 답, 4개 독립 경로
그래프 개형 시각화
우아함
일반화
- 1f(x) = x³ − 3x + 1은 3차함수이며 최고차항 계수 양수
- 2극값을 갖는 3차함수는 항상 좌극대·우극소 또는 그 반대
- 3f′(x) = 0의 두 근 x = ±1을 좌극대·우극소로 식별
- 4극값 계산: f(-1) = 3 (극대), f(1) = -1 (극소)
f(0)·f'(0) 부호 추정
우아함
일반화
- 1f(0) = 1, f′(0) = -3 → 원점 근처에서 감소 중
- 2감소 끝나는 지점이 극소 → x = 1
- 3증가 시작 직전 지점이 극대 → x = -1
- 4f(-1) = 3, f(1) = -1
AM-GM 적용 (대수)
우아함
일반화
- 1x³ − 3x를 AM-GM 변형: x ≥ 0일 때 x³ + (-3x) ≥ -2|x|^(3/2) · 형태 분석
- 2실수 전체 영역에선 정석 풀이가 효율적 — 대수적 풀이는 일반화에 유리
- 3극값 위치는 부호 변화로 확인 후 함수값 대입
개념 뿌리 지도
이 개념이 어디서 와서 어디로 가는가
선수 개념
- • 미분의 정의
- • 도함수 계산
- • 인수분해
- • 함수의 증감
이 문제의 핵심
도함수의 부호와 극값
앞으로 쓰일 곳
- • 함수의 그래프 개형
- • 최댓값·최솟값
- • 방정식·부등식의 응용
오답 해부
네 풀이의 실수 지점
흔한 함정
f′(x) = 0 이 되는 x를 찾았지만, x = -1과 x = 1에서 함수값을 대입할 때 부호 변화 표를 안 그리고 추측. ②번 (극댓값 1, 극솟값 -3)은 두 극값을 뒤바꾼 패턴.
정확한 접근
f′(x) = 0을 푼 후 반드시 부호 변화 표를 그려 극대·극소를 식별. 함수값(극값)은 그 다음 단계.
1OK: 도함수 정확히 구함
2OK: f′(x) = 0 정확히 풂
3⚠ 부호 변화 표 생략 — 극대·극소 식별 누락
4⚠ 극값 위치(x값)와 극값(f(x)값) 혼동
100명의 선택
SIGNATURE선지별 분포 + 심리적 이유
- ①mg54%
✓ 정답 — 부호 변화 표를 정확히 작성한 학생들
- ②m(g + a)22%
극댓값과 극솟값의 위치(x값)를 그대로 극값(f(x)값)으로 기재. 흔한 혼동.
- ③m(g − a)6%
f(0) = 1을 극값으로 오인. 도함수를 안 구한 학생.
- ④ma14%
f(1) = -1 대신 부호 부주의로 +1로 계산. 계산 실수.
- ⑤mg − ma4%
3차함수 모양 추정만으로 단조함수로 잘못 판단. 미분 자체를 안 함.
시각 직관
인터랙티브 시각화
✨
f′(x) = 3(x²−1) 그래프는 x = ±1에서 0을 통과. 통과 방향(+→− 또는 −→+)이 극대·극소를 결정. 인터랙티브 슬라이더로 부호 변화를 체험.
패턴 친척
같은 패턴의 친척 문제
친구에게 설명하기
2분 안에 친구에게 설명
“왜 f′(x) = 0이라고 무조건 극값이 아닐까? 2분 안에 친구에게 설명해보세요.”
STT + AI 평가 · 체크리스트 자동 채점
평가 체크리스트
- ☐"부호 변화"라는 용어를 사용했는가
- ☐반례(y = x³ at x = 0)를 들었는가
- ☐극대·극소를 명확히 구분했는가
- ☐함수값 vs x좌표를 혼동하지 않았는가
선생님 3가지 톤
SIGNATURE같은 해설, 3가지 톤
극값은 도함수의 부호가 변하는 곳에서만 발생합니다. f′(x) = 0인 점을 찾았다면 반드시 부호 변화 표를 작성하고, 부호가 +에서 −로 바뀌면 극대, −에서 +로 바뀌면 극소입니다. 부호가 변하지 않으면 극값이 아닌 변곡점일 수 있습니다.
야 이거 진짜 함정이야. f'(x) = 0이면 일단 의심해. 그 점 좌우로 부호가 정말 바뀌는지 봐야 돼. y = x³ 같은 거는 x = 0에서 f'(0) = 0이지만 그냥 통과하잖아. 부호 표 5초 그리는 게 답이야.
부호 변화 표 안 그리면 무조건 틀린다. f′(x) = 0 푸는 건 누구나 한다. 거기서 끝낸 학생 70%가 ②번 같은 함정에 빠진다. 표 그리는 데 10초 걸린다. 그 10초가 4점이다.
역사·실생활
개념의 역사 + 현실 응용
역사
극값 개념은 17세기 페르마(Fermat)가 "최댓값·최솟값에서 접선 기울기가 0"이라는 통찰을 발표한 데서 시작했어요. 이후 라이프니츠와 뉴턴이 미분 개념을 정립하면서 도함수의 부호 변화로 극값을 판단하는 방법이 일반화됐습니다.
현실 응용
경제학에서는 한계비용·한계수익이 0이 되는 지점이 이윤 극대화 지점. 머신러닝 경사 하강법(gradient descent)도 ∇f = 0인 지점을 찾는 알고리즘. 부호 변화를 확인하지 않으면 안장점(saddle point)에 갇혀 학습이 멈춰요.
암기 닻
암기 닻 + 다음 복습
한 줄 암기문
부호 변화 없으면 극값 없음. f′ = 0은 시작일 뿐.
다음 복습 1일 후자동으로 풀림 복습 큐에 등록됨
자동 오답노트
복습 큐에 자동 등록 — 같은 함정 다시 안 밟게다음 학습
6개 추천 — 한 번에 다 안 해도 돼요여기까지 봤다면 한 줄로 닫아요 — 코치에게 묻거나 복습 큐로 돌아가요.