계단이 커지는지 작아지는지로 곡선의 굽는 방향 알아내기
미적분 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 지시를 따라 손으로 직접 해 본 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정답 문장이 정해져 있지 않으니, 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 예제: y = x² (0,1,4,9,16) (비교용: y = 8x − x²)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 x = 0,1,2,3,4 를 적고, 각 x마다 y = x² 값(0,1,4,9,16)을 그 아래 나란히 적어 보세요.
- ②[칸 A]에서 이웃한 두 y의 차(뒤 − 앞)를 네 개 구해 아래에 '계단'이라 적어 보세요.
- ③[칸 A]의 계단들끼리 다시 이웃한 차를 구해 '계단의 계단'으로 적고, 각 부호(+/−)에 ◯표 하세요.
- ④[칸 B]에 x = 0,1,2,3,4 와 y = 8x − x² 값(0,7,12,15,16)을 적고, ②③을 똑같이 반복하세요.
- ⑤[칸 C]에 x = −2,−1,0,1,2 와 y = x³ 값(−8,−1,0,1,8)을 적고, '계단의 계단'의 부호만 왼쪽부터 나열하세요.
- ⑥[칸 D]에 A㉮·B㉯의 '계단의 계단' 부호를 각각 한 글자로 적고, C㉰는 부호가 바뀌는 자리에 ↕표 하세요.
칸 A — ㉮ y = x² : x·y·계단·계단의 계단
칸 B — ㉯ y = 8x − x² : x·y·계단·계단의 계단
칸 C — ㉰ y = x³ : 계단의 계단 부호 나열
칸 D — ㉮·㉯ 부호 한 글자 · ㉰ 바뀌는 자리
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)㉮에서 '계단'이 1→3→5→7로 점점 커졌습니다. 이것은 y = x²라서 생긴 우연일까요, '계단의 계단'이 +인 어떤 규칙에서도 생기는 규칙일까요? 다른 규칙(예: y = 2x²+1)을 직접 골라 계단을 구해 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 규칙 y = ___ 로 계단을 구해 보니 …
(2)㉮와 ㉯는 '계단의 계단' 부호가 서로 반대(+ vs −)였습니다. 두 규칙의 y를 옆모습 곡선으로 그리면 하나는 골짜기(컵) 모양, 하나는 봉우리 모양이 됩니다. 어느 부호가 어느 모양인지 짝짓고, 무엇 때문에 그렇게 갈리는지 쓰세요. (15점)
✎ '계단의 계단'이 +이면 ___ 모양, −이면 ___ 모양이다. 왜냐하면 …
(3)㉰(y = x³)에서는 '계단의 계단' 부호가 −에서 +로 바뀌었습니다. 부호가 바뀌는 그 자리 앞뒤로 곡선의 굽는 방향은 어떻게 달라질지 여러분의 말로 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 활동을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 시킬지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)
(2) 이름 붙이기 — 오늘 다룬 '계단', '계단의 계단', '부호가 바뀌는 자리' 세 가지를 정리한 뒤, 각각에 교과서에서 배운(또는 배울) 수학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 세 규칙의 y·계단·계단의 계단을 빠짐없이 바르게 구하고 부호 표시를 정확히 함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 부호와 곡선 모양을 근거를 들어 연결하고, 다른 규칙을 직접 골라 우연/규칙을 검증함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 활동 순서를 스스로 재구성하고, 자신의 경험에 알맞은 이름(용어)을 연결함 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
계단이 커지는지 작아지는지로 곡선의 굽는 방향 알아내기 · 총 100점
안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.f(x) = x³ − 6x² + 5 에서 아래로 볼록한 구간과 위로 볼록한 구간을 구하시오.
2.f(x) = x⁴ − 12x² 의 아래로 볼록·위로 볼록 구간을 모두 구하시오.
3.f(x) = x³ − 3x² − 9x + 1 의 변곡점의 좌표를 구하시오.
4.f(x) = eˣ 와 f(x) = ln x 는 각각 어느 구간에서 아래로 볼록인지 판정하시오.
5.f(x) = x³ + ax² + x 의 변곡점의 x좌표가 1일 때, 상수 a의 값을 구하시오.
6.f(x) = x⁴ 는 f''(0)=0 이다. x=0 이 변곡점인지 판정하시오.
정답
1. f''(x)=6x−12=6(x−2). 위로 볼록: x<2 · 아래로 볼록: x>2
2. f''(x)=12x²−24=12(x²−2). 아래로 볼록: x<−√2, x>√2 · 위로 볼록: −√2<x<√2
3. f''(x)=6x−6=0 → x=1, f(1)=−10 → 변곡점 (1, −10)
4. eˣ: f''=eˣ>0 → 모든 실수에서 아래로 볼록 · ln x: f''=−1/x²<0 → x>0 전체에서 위로 볼록
5. f''(x)=6x+2a, x=1에서 0 → 6+2a=0 → a=−3
6. f''(x)=12x²≥0, x=0 좌우 모두 f''>0 (부호 안 바뀜) → 변곡점 아님 (전 구간 아래로 볼록)