접점을 모르면 \(t\)로 잡는다 — 곡선 밖의 점에서 그은 접선, 곡선과 직선이 접할 조건, 접선이 축과 만나는 점 — 전부 접점을 \((t,\,f(t))\)로 두고 시작한다.
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접한다 = 조건 두 개 — ① 기울기가 같다 ② 점이 같다. 두 식을 세우면 미지수가 몇 개든 풀린다. (검산은 빼서 인수분해 — 중근이 나오면 정말 접한다.)
“기울기를 찾으려고 미분을 해야 된다.”— 장대경 선생님 (원본 강의 전사 9:24)
이 개념, 학년마다 이렇게
🐣 중2 (뿌리)
일차함수의 기울기 = 가로로 간 칸 분의 세로로 간 칸. 두 점만 있으면 잰다.
📐 고2 (핵심)
곡선에서는 한 점에서도 기울기를 잰다 — 그게 미분계수이고, 그 기울기를 가진 직선이 접선이다.
🎓 확장
속도(위치의 접선 기울기), 최적화, 뉴턴의 방법 — 전부 「접선의 기울기」 한 줄에서 갈라져 나온다.
🐣 한눈에 — "미분한 식"은 기울기표다
곡선을 미분하면 나오는 \(f'(x)\)는 자리마다의 기울기를 적어 둔 표예요. \(x\)를 하나 넣으면 그 자리 기울기가 튀어나오죠.
그러니까 「기울기가 가장 작은 곳」을 물으면 그 표의 최솟값을 찾으면 되고, 「기울기가 9인 곳」을 물으면 표에서 9가 나오는 \(x\)를 찾으면 돼요. 어렵게 생각할 것이 하나도 없어요.
문제에 「기울기」가 보이면 → 먼저 미분!
연습 10제 · 전부 두 길로 검산
문제 1C · 공식 그대로
곡선 \(y=x^{2}-4x+5\) 위의 점 \((3,\,2)\)에서의 접선의 방정식을 구하여라.
풀이
점이 곡선 위에 있는지부터 확인: \(3^{2}-4\cdot3+5=9-12+5=2\) ✓
미분: \(y'=2x-4\).
⭐ 여기가 고비 — 「기울기」는 \(y\)가 아니라 \(y'\)에 3을 넣은 값이다
접선의 기울기는 그 점의 \(y\)좌표가 아니라 그 자리의 미분계수다.
\(f'(3)=2\cdot3-4=\mathbf{2}\).
정의식으로도 확인 — \(\displaystyle\lim_{h\to0}\frac{f(3+h)-f(3)}{h}=\lim_{h\to0}\frac{h^{2}+2h}{h}=2\) ✓ 두 길이 같다.
접선: \(y-2=2(x-3)\).
정리하면 \(y=2x-4\).
검산(빼서 인수분해): \(x^{2}-4x+5-(2x-4)=x^{2}-6x+9=(x-3)^{2}\) → 중근이므로 \(x=3\)에서 실제로 접한다 ✓
“기울기를 찾으려고 미분을 해야 된다.”— 장대경 선생님 (전사 9:24)
답 \(y=2x-4\)
문제 2C · 거꾸로 찾기
곡선 \(y=x^{3}-6x^{2}+5\) 위의 점 가운데 접선의 기울기가 \(-9\)인 점의 좌표를 모두 구하여라.
풀이
미분: \(y'=3x^{2}-12x\).
⭐ 여기가 고비 — 구하는 것은 \(x\)가 아니라 「점」이다
기울기가 \(-9\) ⇒ \(3x^{2}-12x=-9\) ⇒ \(3x^{2}-12x+9=0\) ⇒ \(3(x-1)(x-3)=0\) ⇒ \(x=1\) 또는 \(x=3\).
여기서 멈추면 안 된다. 「점의 좌표」를 물었으니 각 \(x\)를 원래 곡선에 넣어 \(y\)까지 구해야 한다.
⛔ 흔한 실수 — \(y'\)에 넣어서 \(y\)를 구하는 것. \(y'\)은 기울기표일 뿐, 곡선의 높이가 아니다.
\(x=1\): \(y=1-6+5=0\) → 점 \((1,\,0)\).
\(x=3\): \(y=27-54+5=-22\) → 점 \((3,\,-22)\).
검산(정의식): \(\displaystyle\lim_{h\to0}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=-9\), \(\displaystyle\lim_{h\to0}\frac{f(3+h)-f(3)}{h}=-9\) ✓ 두 길이 같다.
곡선 \(y=x^{3}+3x^{2}+5x+2\) 위의 점에서 그은 접선 가운데 기울기가 가장 작은 접선의 방정식을 구하여라.
풀이
기울기 = 미분한 값: \(y'=3x^{2}+6x+5\).
⭐ 여기가 고비 — 「최소」라는 말이 나오면 완전제곱으로 고친다
\(3x^{2}+6x+5=3(x^{2}+2x)+5=3(x^{2}+2x+1)-3+5=\mathbf{3(x+1)^{2}+2}\).
펼쳐서 검산: \(3x^{2}+6x+3+2=3x^{2}+6x+5\) ✓
\((x+1)^{2}\ge 0\)이므로 최솟값은 2, 그때 \(x=-1\).
이게 이 유형의 전부다 — 최댓값·최솟값을 판별식이나 그래프로 헤맬 필요가 없다. 괄호 밖에 남은 상수가 곧 답이다.
⭐ 여기가 고비 — 「\(y\)축과 만나는 점」은 \(x=0\)을 넣으라는 말이다
\(y\)축 위의 점은 모두 \(x=0\)이다. 그러니 접선식에 \(x=0\)만 넣으면 끝난다.
\(g(t)=(2t+2)\cdot 0-t^{2}-3=\mathbf{-t^{2}-3}\).
다른 길로도 나온다 — 접선의 \(y\)절편은 언제나 \(f(t)-t\,f'(t)\). 넣어 보면 \((t^{2}+2t-3)-t(2t+2)=-t^{2}-3\) ✓ 두 길이 같다.
② \(-t^{2}\le 0\)이므로 \(g(t)\le -3\). 최댓값은 \(-3\), 그때 \(t=0\).
곡선 \(y=ax^{3}+bx^{2}\)이 점 \((1,\,3)\)을 지나고, 그 점에서의 접선이 직선 \(x+5y-3=0\)과 수직일 때,
상수 \(a,\;b\)의 값을 구하여라.
풀이
주어진 직선을 \(y\)에 대해 풀면 \(y=-\dfrac{1}{5}x+\dfrac{3}{5}\) → 기울기 \(-\dfrac{1}{5}\).
⭐ 여기가 고비 — 「수직」을 기울기의 곱 \(=-1\)로 바꿔 쓴다
접선의 기울기를 \(m\)이라 하면 \(m\times\left(-\dfrac{1}{5}\right)=-1\) ⇒ \(m=\mathbf{5}\).
이 한 줄이 「수직」이라는 말을 「기울기가 5」라는 수로 바꿔 준다. 여기부터는 평범한 계산이다.
⛔ 수직인데 기울기가 같다고 놓거나, \(-\frac15\)을 그대로 접선의 기울기로 쓰는 것이 가장 흔한 실수다. 수직 = 곱해서 \(-1\), 평행 = 서로 같다.
조건 ① 점 \((1,\,3)\)을 지난다: \(a+b=3\).
조건 ② 미분: \(y'=3ax^{2}+2bx\) → \(y'(1)=3a+2b=5\).
두 식을 연립: \(b=3-a\)를 대입하면 \(3a+6-2a=5\) ⇒ \(a=-1\), 따라서 \(b=4\).
점 \((0,\,-4)\)에서 곡선 \(y=x^{2}\)에 그은 접선의 방정식을 모두 구하여라.
풀이
먼저 확인: \((0,\,-4)\)는 \(y=x^{2}\) 위에 있는가? \(0^{2}=0\ne-4\) → 곡선 밖의 점이다.
⭐ 여기가 고비 — \((0,\,-4)\)는 접점이 아니다. 접점을 \(t\)로 새로 잡는다
곡선 밖의 점에서는 \(f'(0)\)을 구해도 아무 뜻이 없다. 접점을 \((t,\,t^{2})\)로 두고,
그 접선이 \((0,\,-4)\)를 지나간다는 조건을 쓴다.
접선: \(y=2tx-t^{2}\) → \((0,\,-4)\) 대입: \(-4=-t^{2}\) ⇒ \(t^{2}=4\) ⇒ \(t=\pm2\).
그래서 답이 두 개다. 곡선 밖의 한 점에서 포물선에 접선을 그으면 왼쪽·오른쪽으로 두 줄이 나간다.
검산(접하는가): \(x^{2}-(4x-4)=(x-2)^{2}\) ✓ / \(x^{2}-(-4x-4)=(x+2)^{2}\) ✓ 둘 다 중근.
“기울기는 찾았는데 접점을 모른다 이 말이야. 그 접점을 찾아야 된다.”— 장대경 선생님 (전사 18:14)
⛔ 함정 — 주어진 점을 접점으로 착각한다✗ \(y'=2x\)에 \(x=0\)을 넣어 기울기 0, 접선 \(y=-4\).✓ \(y=-4\)는 곡선 \(y=x^{2}\)과 만나지도 않는다(\(x^{2}=-4\)는 해가 없다). 곡선 위의 점이 아니면 그 점의 미분계수를 접선의 기울기로 쓸 수 없다.
답 \(y=4x-4\), \(y=-4x-4\)
문제 9B · 접할 조건 · 두 식
곡선 \(y=x^{3}+2\)와 직선 \(y=3x+k\)가 접할 때, 모든 상수 \(k\)의 값의 합을 구하여라.
풀이
접점의 \(x\)좌표를 \(t\)라 하자.
⭐ 여기가 고비 — 「접한다」는 조건 두 개다
① 기울기가 같다: \(y'=3x^{2}\)이므로 \(3t^{2}=3\) ⇒ \(t^{2}=1\) ⇒ \(t=\pm1\).
② 점이 같다: 접점이 직선 위에도 있어야 한다 ⇒ \(t^{3}+2=3t+k\).
둘 중 하나만 쓰면 답이 안 나온다. ①로 접점을 찾고, ②로 \(k\)를 찾는다 — 이 차례가 이 유형의 뼈대다.
함수 \(f(x)=x^{3}+ax+b\) (\(a,\,b\)는 상수)의 그래프 위의 점 \((t,\,f(t))\)에서의 접선이 \(y\)축과 만나는 점의
\(y\)좌표를 \(g(t)\)라 하자.
① \(g(t)\)를 구하여라. ② \(g(t)>b\)가 되는 \(t\)의 범위를 구하여라.
③ ②의 답이 \(a\)의 값에 전혀 영향을 받지 않는 까닭을 설명하여라.
풀이
미분: \(f'(x)=3x^{2}+a\) → 접점에서의 기울기는 \(3t^{2}+a\).
접선: \(y-(t^{3}+at+b)=(3t^{2}+a)(x-t)\).
⭐ 여기가 고비 — \(x=0\)을 넣으면 \(a\)가 통째로 지워진다
\(y\)절편은 \(f(t)-t\,f'(t)\)이므로
\(g(t)=(t^{3}+at+b)-t(3t^{2}+a)=t^{3}+\underline{at}+b-3t^{3}-\underline{at}=\mathbf{-2t^{3}+b}\).
\(at\)가 두 번 나와 서로 지워졌다. 그래서 \(g(t)\)에는 \(a\)가 아예 남지 않는다.
왜 그런가 — \(a x\)는 일차식이고, 일차식의 그래프는 자기 자신이 자기 접선이라 \(y\)절편에 아무 변화를 주지 않는다.
\(f(x)=x^{3}+b\)에 직선 \(ax\)를 더하면 그래프도, 접선도 똑같이 \(ax\)만큼 들리므로 차이인 \(y\)절편은 그대로다.
② \(g(t)>b\) ⇔ \(-2t^{3}+b>b\) ⇔ \(-2t^{3}>0\) ⇔ \(t^{3}<0\) ⇔ \(t<0\).
③ ①에서 본 대로 \(g(t)=-2t^{3}+b\)에 \(a\)가 들어 있지 않다. 그러므로 \(a\)를 아무리 바꿔도 부등식 \(-2t^{3}>0\)은 그대로이고, 답은 언제나 \(t<0\)이다.
답 ① \(g(t)=-2t^{3}+b\) ② \(t<0\) ③ \(g(t)\)에서 \(at\)가 서로 지워져 \(a\)가 남지 않기 때문
이 한 줄이 어디까지 가는가
🗝️ 「미분계수 = 접선의 기울기」 한 줄
오늘 푼 열 문제는 겉모습만 다르지 전부 같은 한 줄에서 나왔습니다. 그 한 줄이 어디까지 가는지 봅니다.
① 접선의 방정식 — 오늘의 본체
수학Ⅱ · 미분
점이 주어지면 바로(문제 1·3·4), 접점을 모르면 \(t\)로(문제 5·6·8·9). 이 두 갈래가 접선 문제의 전부입니다.
② 「최대·최소」와 완전제곱
중3 이차함수 → 고2 미분
문제 3·4에서 쓴 완전제곱은 중3에서 배운 그것 그대로입니다. 달라진 것은 완전제곱을 하는 대상이 함수가 아니라 도함수라는 점뿐입니다.
③ 접할 조건 = 중근 조건
고1 이차방정식 → 고2 미분
문제 8·9의 검산에서 늘 중근이 나왔습니다. 「접한다」는 곧 「빼서 인수분해하면 중근」입니다. 이차식이면 판별식 \(D=0\)으로도 같은 말을 할 수 있습니다.
④ 속도와 가속도
수학Ⅱ · 미분의 활용
위치를 시간으로 미분하면 속도입니다. 위치 그래프에 접선을 그은 그 기울기가 바로 그 순간의 속도예요. 오늘 한 일과 똑같은 계산입니다.
⑤ 최적화 — 가장 싸게, 가장 크게
수학Ⅱ · 미분의 활용
「비용이 가장 적게 드는 곳」, 「부피가 가장 큰 곳」 — 전부 기울기가 0이 되는 자리를 찾는 일입니다. 문제 3·4에서 기울기의 최솟값·최댓값을 찾은 것과 한 뿌리입니다.
⑥ 뉴턴의 방법 — 방정식을 접선으로 푼다
대학 · 수치해석
문제 6에서 접선의 \(x\)절편을 구했지요. 그 \(x\)절편에서 다시 접선을 긋고, 또 긋고 — 그러면 방정식의 해에 점점 가까워집니다. 계산기가 \(\sqrt{2}\)를 구하는 방법이 바로 이것입니다.
※ 이 자료의 연습문제는 장대경 선생님 방법(기울기는 미분 · 완전제곱 · 접점을 \(t\)로 · 접한다는 조건 두 개)을
수학적으로 정확한 값으로 새로 설계·검산한 교육 자료입니다. 열 문제 모두 서로 다른 두 길(도함수 대입 ↔ 미분계수의 정의식, 또는 접선식 ↔ 빼서 인수분해한 중근)로 직접 검산했습니다.
원본 강의와 숫자·예제가 다릅니다. 인용한 구호는 선생님이 실제로 하신 말씀이며, 뒤에 그 출처(전사 시각)를 적어 두었습니다.
난이도 배분 — C 2문항(1·2) : B 7문항(3·4·5·6·7·8·9) : A 1문항(10).