수학여정 - 문제 분석 리포트

(2025학년도) 2024년 9월 모의평가 고3 수학 7번 풀이 해설 [이해용/실전용]
문제의 분류수학2 · 함수의 연속 / 미정계수
난이도

🔍 이해용 풀이

문제
7. 함수 f(x)={(xa)2(x<4)2x4(x4) 가 실수 전체의 집합에서 연속이 되도록 하는 모든 상수 a의 값의 곱은? [3점]
① 6    ② 9    ③ 12    ④ 15    ⑤ 18

1. 문제의 요지

이 문제는 구간에 따라 다르게 정의된 함수가 경계점에서 연속일 조건을 이용하여 미지수를 구하는 것을 묻는 문제입니다.

2. 주어진 조건

- f(x)={(xa)2(x<4)2x4(x4)
- 함수 f(x)가 실수 전체의 집합에서 연속이다.
주어진 조건

3. 풀이의 순서

이 문제는 구간이 나뉜 함수의 경계점에서 좌극한과 우극한이 같다는 연속의 정의를 이용하여 이차방정식을 세우고 푸는 방법으로 풀이합니다.

구체적 풀이 순서는 다음과 같아요.

step1. 함수가 연속일 조건을 확인하고 x=4에서의 좌극한과 우극한을 구합니다.

step2. 좌극한과 우극한이 같다는 식을 세워 a에 대한 이차방정식을 만듭니다.

step3. 이차방정식을 풀어 모든 상수 a의 값을 구하고 그 곱을 계산합니다.

4. 풀이의 도구

- 함수의 연속 조건 : 함수 f(x)x=c에서 연속이려면 limxcf(x)=limxc+f(x)=f(c) 이어야 합니다.

- 이차방정식의 근과 계수의 관계 : 이차방정식 ax2+bx+c=0의 두 근을 α,β라 할 때, 두 근의 곱은 αβ=ca 입니다.

5. 구체적 풀이

함수 f(x)x=4를 기준으로 두 개의 식으로 나뉘어 있어요. 각각의 식은 다항함수라서 끊어지지 않고 쭉 이어져 있죠. 그렇다면 전체가 연속이 되려면 딱 하나, 식이 바뀌는 지점인 x=4에서 두 그래프가 만나기만 하면 됩니다! 즉, x=4에서의 좌극한과 우극한이 같다고 식을 세우는 것이 핵심이에요.

step1. x=4에서의 좌극한과 우극한 구하기

함수 f(x)가 실수 전체에서 연속이려면, 식이 바뀌는 경계점인 x=4에서 연속이어야 해요.

x=4에서 연속이려면 좌극한, 우극한, 함숫값이 모두 같아야 합니다.

먼저 x가 4보다 작으면서 4에 가까워질 때의 좌극한을 구해볼까요? 이때는 f(x)=(xa)2을 사용해요.

limx4f(x)=limx4(xa)2=(4a)2

다음으로 x가 4보다 크거나 같으면서 4에 가까워질 때의 우극한(그리고 함숫값)을 구해보면, f(x)=2x4를 사용하죠.

limx4+f(x)=f(4)=2(4)4=84=4

step2. a에 대한 이차방정식 세우기

step 2

이제 좌극한과 우극한이 같아야 하므로 두 값을 같다고 놓습니다.

(4a)2=4

이 식을 전개해 볼까요?

168a+a2=4

우변의 4를 좌변으로 넘겨서 정리하면,

a28a+12=0 이라는 a에 대한 이차방정식이 만들어집니다.

step3. 모든 상수 a의 값의 곱 구하기

여기서 방정식을 풀지 않고 근과 계수의 관계를 이용하면 더 빠르고 정확하게 두 근의 곱을 구할 수 있어요.

이차방정식 a28a+12=0에서 두 근의 곱은 상수항인 12가 됩니다.

물론 직접 인수분해를 해서 (a2)(a6)=0 이므로 a=2 또는 a=6을 구한 뒤, 2×6=12라고 계산해도 좋아요.

따라서 모든 상수 a의 값의 곱은 12입니다.

[정답] ③

⚡ 실전용 풀이

step1. x=4에서의 좌극한과 우극한 구하기

limx4f(x)=(4a)2

limx4+f(x)=f(4)=2(4)4=4

step2. a에 대한 이차방정식 세우기

(4a)2=4   --- x=4에서 연속이므로

a28a+16=4

a28a+12=0

step3. 모든 상수 a의 값의 곱 구하기

(a2)(a6)=0

a=2 또는 a=6

×6=12

🎯 막힌 이유와 돌파구

🔒 막힌 이유

구간이 나뉜 함수가 연속이 되기 위한 조건을 정확히 알지 못해 식을 세우지 못할 수 있습니다.
이차방정식을 도출한 후 모든 a의 값의 곱을 구하는 과정에서 근과 계수의 관계를 떠올리지 못하거나 인수분해 실수를 할 수 있습니다.

🔑 돌파구

함수가 실수 전체에서 연속이려면 식이 바뀌는 경계점(여기서는 x=4)에서 좌극한과 우극한, 함숫값이 모두 같아야 함을 이용해 식을 세웁니다.
이차방정식 a28a+12=0이 나오면, 직접 근을 구하거나 근과 계수의 관계를 이용하여 두 근의 곱을 구합니다.
(팁: 다항함수는 항상 연속이므로 경계점에서의 연속성만 확인하면 됩니다.)

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