수학방

도수분포표를 만드는 법을 공부해볼 거예요. 사실 도수분포표를 만드는 방법은 따로 공부하지 않아도 할 수는 있어요. 하지만 만드는 법을 공부하면 좀 더 체계적이고 더 많은 정보를 더 정확하게 줄 수 있는 도수분포표를 만들 수 있어요.

도수분포표를 만들기에 앞서 도수분포표에서 사용하는 용어들에 대해서 정확히 이해를 해야 해요. 혹시 이해되지 않는다면 도수분포표, 변량, 계급, 계급값, 도수를 한 번 읽어보세요.

도수분포표를 만드는 순서

1. 주어진 자료에서 가장 큰 변량과 가장 작은 변량을 찾는다.
2. 가장 큰 변량과 가장 작은 변량이 포함될 수 있는 계급을 만든다.
   계급은 OO 이상 ~ OO 미만이 되도록 하고, 계급의 크기가 모두 같아야 합니다.
   계급의 개수는 5 ~ 15개 정도가 적당해요.
3. 각 계급에 속하는 변량의 개수를 세어 계급의 도수를 구한다.

2번에서 OO 이상 ~ OO 미만은 첫 번째 계급에만 적어주면 돼요.

3번에서 각 계급에 속하는 도수를 모두 더한 것이 전체 변량의 개수와 같은지 확인하세요. 빼먹은 것이 있거나 두 번 센 것이 있는지 확인하는 과정이에요.

다음 수학 점수를 이용하여 도수분포표를 만들고, 물음에 답하여라.
92     88     76     90     96
72     84     82     86     74
90     86     94     88     68
82     84     86     98     84
(1) 계급의 개수를 구하여라.
(2) 점수가 82점인 학생이 속하는 계급을 구하여라.
(3) 점수가 10번째로 높은 학생이 속하는 계급의 계급값을 구하여라.
(4) 도수가 가장 작은 계급을 구하여라.

도수분포표를 만드는 첫 단계는 변량 중에서 가장 큰 것과 가장 작은 것을 찾는 거예요. 가장 큰 변량은 마지막 줄 네 번째에 있는 98이고 가장 작은 변량은 세 번째 줄 마지막 68이네요.

계급을 나누는데, 계급의 크기를 10으로 만들어볼까요? 물론 5로 해도 상관은 없어요. 계급의 크기를 10으로 하는데, 68과 98이 들어가야 하니까 처음 계급은 60점 이상 ~ 70점 미만이 되어야겠고, 마지막 계급은 90점 이상 100점 미만으로 해야겠네요.

계급을 나누고 계급에 해당하는 점수를 적어보죠.
60 ~ 70 : 68 (한 개)
70 ~ 80 : 76, 72, 74 (세 개)
80 ~ 90 : 88, 84, 82, 86, 86, 88, 82, 84, 86, 84(열 개)
90 ~ 100 : 92, 90, 96, 90, 94, 98(여섯 개)

괄호안의 숫자를 다 더해보면 20개가 되어서 문제에서 준 변량의 개수와 똑같죠?

각 계급에 해당하는 점수의 개수, 즉 도수를 구했으니 표로 만들어볼까요?

(1) 계급의 개수는 60 ~ 70, 70 ~ 80, 80 ~ 90, 90 ~ 100 이렇게 네 개군요.

(2) 점수가 82점인 학생이 속하는 계급은 80점 이상 90점 미만이고요.

(3) 점수가 10번째로 높은 학생이 속하는 계급은 80점 이상 90점 미만이네요. 계급값은 양 끝값을 더해서 2로 나누어준 것이니까 (80 + 90) ÷ 2 = 85점이군요.

(4) 도수가 가장 작은 계급은 도수가 1인 60점 이상 70점 미만이네요.

함께 보면 좋은 글

줄기와 잎 그림
도수분포표, 변량, 계급, 계급값, 도수
도수분포표에서의 평균구하기
히스토그램과 히스토그램의 특징, 히스토그램 그리기
도수분포다각형, 도수분포다각형 그리는 방법

새로운 단원은 통계입니다. 통계는 비교적 어려운 단원이에요.

새로운 용어가 많이 나오는 데다 비슷비슷해서 헛갈리기도 쉽지요. 용어의 뜻을 정확히 알아야 해요. 문제에 나오거나 설명하는 단어를 제대로 이해하지 못하면 문제를 풀 수가 없거든요.

용어를 설명하다 보니까 약간 딱딱할 수 있어요. 용어를 이해한다고 하는 게 꼭 여기에 나온 표현대로 뜻을 이해할 필요는 없어요. 자기 나름대로 표현 방식으로 단어의 뜻을 이해하세요.

들어가기 전에

열 명의 1학기 기말고사 시험 수학 점수가 있어요. 92, 84, 88, 76, 96, 72, 92, 84, 68, 96점을 받았다고 해보죠.

70점대 몇 명, 80점대 몇 명 … 이런 식으로 점수대별로 몇 명이나 있는지 표를 만들어볼게요.

10명의 점수를 주면 여러분은 위 표처럼 나타낼 수 있죠?

이번 글에서 우리가 공부할 게 뭐냐면 바로 위 표에서 사용하는 용어들이에요. 용어를 모른다고 해서 표를 못 만드는 건 아니에요. 하지만 용어를 알면 표를 더 쉽고 정확하게 만들 수 있죠. 또 표에서 좀 더 정확한 정보를 읽어낼 수도 있어요.

변량, 계급, 계급값, 계급의 크기, 도수, 도수분포표

변량

변량은 점수, 시간 같은 여러 자료를 수량으로 나타낸 것을 말해요. 그냥 자료를 쭉 적어놓은 거로 생각하면 쉬워요.

위에서는 수학 점수 92, 84, 88, 76, 96, … 이렇게 쭉 쓰여 있는 게 변량이에요.

계급

계급은 변량을 일정한 간격으로 나눈 구간이에요.

70점대 몇 명, 80점대 몇 명 … 이런 식으로 점수대별로 학생 수를 알아보려면 어떻게 했죠? 70 ~ 80, 80 ~ 90, 90 ~ 100 이렇게 점수를 나눴잖아요. 이렇게 점수별로 나누어 놓은 구간이 계급이에요. 위의 표에서 왼쪽에 있는 게 계급이에요.

계급의 크기라는 용어도 있어요. 계급의 크기는 계급의 간격(너비)을 말해요.

위 예에서 70 ~ 80이라는 계급이 있었어요. 여기서 계급의 크기는 10이에요. 70과 80 사이는 10의 차이가 있잖아요.

계급의 크기 = (계급의 큰 쪽 끝값) - (계급의 작은 쪽 끝값)

중요한 건 계급의 크기는 모두 같다는 거예요. 한 계급이 70 ~ 80이었으면 그다음 계급은 80 ~ 90이 되어야 해요. 70 ~ 80, 80 ~ 85 이렇게 크기가 다르게 계급을 나누면 안돼요.

계급값은 계급을 대표하는 값으로 각 계급의 한가운데 값(중앙값)을 말해요. 70 ~ 80 사이의 한 가운데 값은 75죠. 그래서 75가 이 계급의 계급값이에요.

계급값 = (계급의 양 끝값의 합) ÷ 2

80 ~ 90의 계급값은 85, 90 ~ 100의 계급값은 95가 되겠죠?

도수

도수는 각 계급에 속하는 변량의 개수예요.

60 ~ 70점에 해당하는 점수는 68점 하나네요. 70 ~ 80점에 해당하는 점수는 72, 76점으로 두 명이에요. 80 ~ 90점에 해당하는 점수는 84, 86, 84 세 명이고, 90 ~ 100점에 해당하는 점수는 92, 96, 92, 96 네 명이에요.

같은 값이 있어도 하나로 세지 않고 각각을 따로 세요.

여기서 60 ~ 70에 해당하는 점수가 하나니까 도수는 1, 70 ~ 80에 해당하는 점수는 두 개니까 도수가 2이고, 80 ~ 90에 해당하는 점수가 세 개니까 도수는 3, 90 ~ 100에 해당하는 점수는 네 개니까 도수가 4예요. 앞 표에서 오른쪽에 있는 게 도수지요.

즉 어떤 계급에 해당하는 자료가 몇 개인가가 바로 도수예요.

도수분포표

마지막으로 도수분포표는 주어진 전체 자료를 몇 개의 계급으로 나누고 각 계급에 속하는 도수를 조사하여 나타낸 표예요. 그러니까 앞 표가 바로 도수분포표예요.

도수분포표를 보면 한 자료가 전체에서 어느 위치에 속하는지를 쉽게 알아볼 수 있어요. 84점이라는 수학 점수가 전체에서 어느 정도나 되는지를 파악하기가 쉽죠. 또 전체 자료의 분포를 파악하는 데도 도움이 돼요.

하지만 자료 하나하나의 특징을 파악하기 어려운 단점도 있어요. 80 ~ 90에 3명이 있는데, 이들의 점수가 몇 점인지는 알 수 없다는 거지요.

함께 보면 좋은 글

줄기와 잎 그림
도수분포표 만드는 법
도수분포표에서의 평균구하기
히스토그램과 히스토그램의 특징, 히스토그램 그리기
도수분포다각형, 도수분포다각형 그리는 방법

이번에는 이차함수 그래프를 대칭이동 시켜볼꺼에요. 선대칭, 점대칭 이런 용어 들어보셨죠?

우리는 선대칭을 이용할 건데, 그렇다고 아무 선이나 막 그어서 대칭시키는 게 아니에요. 좌표평면에 우리가 자주 보는 선이 두 개 있어요. 바로 x축과 y축이에요. 이차함수 그래프를 두 선에 대칭 시키는 걸 공부할 겁니다.

이차함수 그래프를 평행이동할 때 그래프의 폭과 모양은 바뀌지 않았어요. 이차함수 그래프를 대칭이동 시킬 때는 모양은 바뀌지만 폭은 그대로예요. 즉 그래프를 평행, 대칭이동 시켜도 그래프의 폭은 바뀌지 않는다는 걸 미리 알아두세요.

이차함수 그래프의 x축 대칭이동

아래는 y = (x-1)² + 1 그래프와 이 그래프를 x축에 대칭 시킨 그래프입니다.

y = (x-1)² + 1에서 a = 1이라서 아래로 볼록한 그래프인데, 대칭이동 시켰더니 위로 볼록이 되었어요. 그래프의 폭은 같으니까 1인데, 위로 볼록이니까 음수여야하죠? 그래서 a = -1이에요.

점들을 보세요. (1, 1)이 (1, -1)로, (2, 2)가 (2, -2)로, (3, 5)가 (3, -5)로 바뀌었죠? 이차함수 그래프를 x축에 대하여 대칭시켰더니 어떻게 되나요? x값은 그대로인데, y 값들만 부호가 반대로 되었죠?

이차함수 그래프를 x축에 대하여 대칭이동 시키면 y의 부호가 반대가 돼요. 즉, y 대신에 -y를 넣어주면 돼요.

y = (x - 1)² + 1에 y = -y를 넣어주면
-y = (x - 1)² + 1
y = -(x - 1)² - 1

위의 식에서 a가 1에서 -1로 부호가 바뀌었죠? 그리고 q의 부호도 바뀌었어요.

y = a(x - p)² + q에 y대신 -y 대입
-y = a(x - p)² + q
y = -a(x - p)² - q

이차함수 그래프의 y축 대칭이동

아래는 y = (x - 3)² + 1의 그래프에요.

y축에 대칭이동 시켰어도 그래프는 그대로 위로 볼록한 모양이에요. a 값의 변화가 없다는 얘기에요.

점을 한 번 살펴볼께요. (3, 1)이 (-3, 1)로, (4, 2)가 (-4, 2)로, (5, 5)가 (-5, 5)로 바뀌었어요. y는 그대로인데, x는 부호가 반대로 바뀌었죠? 따라서 함수식에서도 x 대신 -x를 넣어주면 돼요.

y = (x-3)² + 1에 x = -x를 대입해보죠.
y = (-x - 3)² + 1
y = {-(x + 3)}² + 1
y = (x + 3)² + 1

x = -x를 대입했더니, 완전제곱식 부분의 부호가 반대로 바뀌었죠? 뒤에 q 부분은 바뀌지 않았어요.

y = a(x - p)² + q에 x대신 -x대입
y = a(-x - p)² + q
y = a{-(x + p)}² + q
y = a(x + p)² + q

이차함수 그래프의 평행이동과 대칭이동

이차함수의 평행이동과 대칭이동을 잘 비교해서 차이를 알아야 해요.

이차함수의 평행이동

이차함수 y = ax²의 그래프를 x축으로 p만큼 평행이동 시키면 x 대신 x - p 대입
     y = ax² → y = a(x - p)²
이차함수 y = ax²의 그래프를 y축으로 q만큼 평행이동 시키면 y 대신 y - q 대입
     y = ax² → y - q = ax² → y = ax² + q
이차함수 y = ax²의 그래프를 x축으로 p만큼, y축으로 q만큼 평행이동 시키면 x 대신 x - p, y 대신 y - q 대입
     y = ax² → y - q = a(x - p)² → y = a(x - p)² + q

이차함수 그래프의 대칭이동

이차함수 y = a(x - p)² + q의 그래프를 x축에 대칭이동 시키면 y 대신 -y 대입
      y = a(x - p)² + q → y = -a(x - p)² - q
이차함수 y = a(x - p)² + q의 그래프를 y축에 대칭이동 시키면 x 대신 -x 대입
      y = a(x - p)² + q → y = a(x + p)² + q

함께 보면 좋은 글

이차함수 그래프 그리기
이차함수 그래프의 특징
이차함수 그래프의 평행이동, y = ax² + q
이차함수 그래프의 평행이동, y = a(x-p)²

이차함수의 마지막 이차함수의 활용입니다. 이차함수는 1학기의 마지막 단원이니까 오늘 내용만 하면 1학기 수학이 다 끝나네요.

활용은 모든 단원에서 하지만 원리는 같아요. 구하는 미지수가 뭔지 찾고, 식 세우고, 계산하는 거죠.

이차함수의 활용은 그런 면에서 이차방정식의 활용과 비슷한 유형의 문제가 많이 나와요. 이차방정식의 활용을 열심히 공부했던 학생이라면 어렵지 않게 느껴질 겁니다.

이차함수의 활용

이차함수의 활용 푸는 순서

1. x, y 정하기
   문제를 잘 읽고 문제에서 구하고자 하는 것을 x, y로 놓는다.
2. 함수식 만들기
   x, y의 관계를 잘 나타낼 수 있는 식을 만든다.
3. 답 구하기
   함수식을 풀거나 그래프를 이용하여 구하는 답을 찾는다.
4. 확인하기
   구한 답이 문제의 조건에 맞는지 확인한다.

함수의 활용 문제에서 대부분 변하는 값을 x로 놓아요. 시간이라든가 길이 같은 게 되죠. 그리고 x에 따라 바뀌는 종속적인 값을 y로 놓아요. 시간에 따라 바뀌는 온도, 가로 길이에 따라 바뀌는 넓이 같은 거죠.

이차함수의 활용에서는 최대, 최소를 구하는 문제가 많이 나오거든요. 최대/최소를 직접 구하거나 최댓값, 최솟값을 가질 때 변수의 값을 구하는 문제요. 따라서 일반형이 아닌 표준형을 많이 사용해요.

또 표준형 y = a(x - p)² + q에서 a에 따라서 최댓값, 최솟값 중 하나만 가지니까 a의 부호도 잘 보죠.

두 수의 합을 주고 곱을 구하는 문제

두 수의 합의 관계식을 주고, 곱의 최댓값을 구하거나 곱이 최대일 때 두 수를 구하는 문제 유형이에요.

실제로 두 수를 주는 건 아니고 두 수의 관계식을 주는 거죠. 예를 들어 두 수의 합이 10이다. 두 수의 차가 20이다 이런 식으로요.

한 수를 x라고 놓으면 다른 수는 관계식에서 구할 수 있어요. 두 수의 합이 10일 때, 한 수를 x라고 놓으면 다른 한 수는 10 - x가 되는 거지요. x(10 – x)는 두 수의 곱이 되겠죠?

합이 16인 두 수의 곱이 가장 클 때 그때의 두 수와 곱의 최댓값을 구하여라.

한 수를 x라고 놓으면 다른 한 수는 16 - x가 되겠죠? 곱은 x(16 - x)가 될 거고요.

y = x(16 - x)
y = 16x - x²
y = -x² + 16x
y = -(x² - 16x)
y = -(x² - 16x + 8² - 8²)
y = -(x - 8)² + 64

x = 8일 때 곱이 최대가 되고 그 때 곱은 64네요. 한 수가 8이니까 다른 한 수는 16 - 8 = 8이겠고요. 답은 두 수는 8, 8, 곱의 최댓값은 64가 되겠습니다.

도형의 둘레, 넓이 문제

자주 나오는 유형 중 하나가 도형의 둘레와 넓이에 관한 문제예요. 이 유형도 위의 유형과 같아요. 도형의 둘레는 가로, 세로 길이의 합이고 도형의 넓이는 가로, 세로 길이의 곱이잖아요.

둘레의 길이가 36cm인 사각형의 넓이가 최대가 되도록 하는 가로, 세로 길이를 구하여라.

가로, 세로 길이를 구하라고 했으니까 가로를 x, 세로를 y로 놓으면 될까요? 그렇게 하지 않아요. 가로를 x로 놓으면 가로 x에 따라 바뀌는 넓이를 y로 놓는 거예요.

가로를 x라고 놓으면 세로는 둘레의 길이에서 구할 수 있어요. 둘레는 2 × (가로 + 세로) = 36이니까 세로 길이는 18 - x네요.

직사각형의 넓이는 가로 × 세로니까 y = x (18 - x)라는 함수식을 세울 수 있어요

y = x(18 - x)
y = -x² + 18x
y = -(x² - 18x)
y = -(x² - 18x + 9² - 9²)
y = -(x - 9)² + 81

x = 9일 때 최댓값 81을 가지므로 가로가 9cm일 때 넓이가 최대예요. 가로가 9cm니까 세로는 18 - 9 = 9cm군요.

가로, 세로 길이가 모두 9cm인 정사각형일 때 넓이가 최대네요.

이차함수에서 최댓값과 최솟값을 구하는 방법입니다.

함수의 최댓값과 최솟값은 바로 y값을 말하는 거지요. 따라서 y의 범위를 구하면 돼요. y의 범위를 구해서 가장 큰 값이 최댓값, 가장 작은 값이 최솟값이죠.

일반적으로 x의 범위가 주어지지 않으면 x는 실수 전체라고 생각해요. 범위가 주어졌을 때는 그 범위에 맞게 해야겠지요. 또 범위가 주어지지 않더라도 사람 수나 길이 등은 양수나 자연수라는 것도 잊으면 안돼요.

최대, 최소를 구할 때는 y의 범위를 바로 알 수 있는 이차함수의 표준형을 이용해요. 일반형으로 나와 있으면 표준형으로 고쳐요.y = ax² + bx + c의 그래프, 이차함수 일반형

이차함수 최솟값

이차함수의 그래프를 생각해보죠. y = a(x - p)² + q에서 a > 0이라고 해보죠. 그래프는 어떻게 되나요? a > 0이면 그래프는 아래로 볼록인 모양이에요. 아래로 볼록이니까 그래프에서 가장 아래에 있는 곳의 y값은 꼭짓점의 y좌표예요. 꼭짓점의 y좌표는 q잖아요. 따라서 y의 범위가 y ≥ q죠. y는 q보다 크니까 최솟값은 q예요.

그럼 최댓값은 얼마일까요? 그래프를 다시 한 번 보죠. 대칭축을 기준으로 또는 꼭짓점을 기준으로 좌우 양쪽으로 가면 갈수록 y는 커져요. x축의 오른쪽으로 얼마나 갈 수 있을까요? 끝도 없이 가겠죠? 그렇다면 그에 해당하는 y값도 끝도 없이 커질 거예요. x축 왼쪽으로도 마찬가지죠. 무슨 말이냐면 y가 끝을 알 수 없는 값을 가진다는 거예요. 그래서 그 끝을 알 수 없으므로 최댓값이라는 게 존재하지 않는 거죠.

• a > 0인 이차함수의 최솟값은 x = p일 때, y = q
• 최댓값은 구할 수 없다.

이차함수의 최댓값

이번에는 y = a(x - p)² + q에서 a < 0이라고 해볼게요. 그래프는 위로 볼록한 모양이에요. 위로 볼록한 그래프에서 가장 높은 곳에 있는 점은 꼭짓점이죠? y값의 범위가 y ≤ q예요. 최댓값이 q라는 얘기죠.

최솟값은 x축 양쪽으로 가면 갈수록 작아져서 가장 작은 값을 알 수 없어요. 최솟값은 구할 수 없어요.

• a < 0인 이차함수의 최솟값은 x = p일 때, y = q
• 최솟값은 구할 수 없다.

이차함수 y = a(x - p)² + q에서 x의 범위가 주어지지 않으면 이차함수는 최댓값 또는 최솟값 중 하나만
a > 0이면 최솟값만
a < 0이면 최댓값만
최댓값/최솟값은 꼭짓점의 y 좌표. x = p일 때 y = q

x의 범위가 주어졌을 때 최대, 최소

보통 흔한 경우는 아닌데, x의 범위가 주어질 때가 있어요. 문제에서 x의 범위를 따로 주는 건 아니고 사람 수라든가 길이, 개수 이런 식으로 특정한 범위를 가질 수밖에 없는 값들이 주어지요. 예를 들어서 20명의 사람이 있는데, 어쩌고 저쩌고에서는 “0 ≤ x ≤ 20인 자연수”라는 범위를 갖는 거죠

이럴 때도 기본적으로 a > 0이면 꼭짓점에서 최솟값, a < 0이면 꼭짓점에서 최댓값을 갖는 건 같아요. 이건 바뀌지 않아요. 추가로 x 범위의 경계에서 최대, 최소를 가질 수 있다는 건데요.

a > 0이면 꼭짓점에서 최솟값, 양쪽 경계 중 한 곳에서 최댓값을 가져요.
a < 0이면 꼭짓점에서 최댓값, 양쪽 경계 중 한 곳에서 최솟값을 가져요.

물론 식에 양쪽 경계의 값을 넣어서 나온 결과를 비교할 수도 있는데요. 간단하게 구하려면 축의 방정식 즉, 꼭짓점의 x좌표에서 더 먼 쪽에서 최대/최소를 가져요.

이차함수식에서 미지수를 구하면 함수식을 완성시킬 수 있어요. 그런데 이차함수 식을 구하는 것이 아니라 계수의 부호를 판별하는 유형의 문제도 자주 나와요. 이번 글에서는 이차함수의 계수의 부호를 알아내는 방법을 공부합니다.

부호를 구하는 데 무작정 구할 수는 없죠? 바로 그래프를 보고 부호를 판단해야 해요.

이차함수는 두 가지 유형으로 표현하죠? 하나는 표준형, 다른 하나는 일반형 이렇게요.

두 가지 유형에서 계수의 부호을 어떻게 구하는 지 알아볼까요?

y = a(x-p)² + q에서 a, p, q 부호 찾기

이차함수의 표준형에서 계수는 a, p, q 에요.

가장 먼저 알 수 있는 건 a에요. a는 그래프의 모양을 보고 판단합니다. 어떤 모양이요? 어디로 볼록한 지를 보는 거죠.

a < 0 이면 그래프는 위로 볼록이고 a > 0이면 그래프는 아래로 볼록이에요. 그러니까 그래프가 아래로 볼록이면 a > 0이고, 위로 볼록이면 a < 0인 거죠.

그 다음은 p, q인데요. p, q는 뭐죠? 그래프의 꼭짓점의 좌표에요. 그러니까 꼭짓점이 어디에 있는지 보면 p, q의 부호를 알 수 있겠죠? 꼭짓점이 1사분면에 있다면 p > 0, q > 0 이런 식으로요.

y = a(x-p)² + q에서 a, p, q의 부호
a는 그래프가 볼록한 방향: 그래프가 위로 볼록하면 a < 0, 그래프가 아래로 볼록하면 a > 0
p는 꼭짓점의 x좌표의 위치: y축 왼쪽이면 p < 0, y축 오른쪽이면 p > 0
q는 꼭짓점의 y좌표의 위치: x축 아래면 q < 0, x축의 위면 q > 0

아래 y = a(x-p)² + q의 그래프를 보고 a, p, q의 부호를 구하여라.

왼쪽에 있는 그래프 먼저 볼까요?

그래프가 아래로 볼록이니까 a > 0이고요. 꼭짓점이 3사분면에 있어요. 3사분면(x<0, y<0)에 있으니까 p < 0, q < 0 이에요.

오른쪽 그래프는 위로 볼록이네요. 그래서 a < 0이고, 꼭짓점이 1사분면에 있으니까 p > 0, q > 0이에요.

y = ax² + bx + c에서 a, b, c 부호 구하기

먼저 a부터 부호를 구해보면요. 이차항의 계수인 a는 위에서와 마찬가지로 그래프의 모양, 즉 볼록한 방향을 보고 판단합니다. 똑같아요. 위로 볼록이면 a < 0, 아래로 볼록이면 a > 0이지요.

그 다음에는 c를 볼까요? c는 y 절편이에요. 따라서 y 절편이 x축 위면 c > 0, y 절편이 x축 아래면 c < 0이 되지요.

a와 c는 그래프를 보면 바로 알 수 있겠죠? 문제는 b인데, 이건 좀 복잡해요.

y = ax² + bx + c의 그래프, 이차함수 일반형에서 일반형 함수식을 표준형으로 바꾸는 법을 알아봤어요. 이 때는 a, b, c에 숫자가 있었는데, 이걸 숫자가 아닌 문자 그대로 바꾸면 어떻게 되나면요. 어쩌고 저쩌고가 돼요.

꼭짓점의 x 좌표 그러니까 축의 방정식이 가 되거든요. 따라서 꼭짓점의 x좌표가 어디인지를 보면 b의 부호를 알 수 있어요.

가 y축의 왼쪽에 있다고 해보죠.

이게 무슨 말이냐면 b를 2a로 나눴더니 양수가 된다는 말은 둘의 부호가 서로 같다는 뜻이죠. a와 b의 부호가 같은데, a의 부호는 그래프의 볼록한 방향에서 알 수 있으니 b의 부호도 알 수 있는 거죠.

가 y축의 오른쪽에 있다고 해보죠.

이번에는 b를 2a로 나눈 게 음수가 됐어요. 둘의 부호가 서로 반대라는 뜻이죠. 마찬가지로 a는 그래프의 볼록한 방향으로 알 수 있고, b는 a와 반대 부호를 가진다는 걸 알 수 있겠죠.

이거를 좌동우이라는 말로 표현해요. 그러니까 대칭축이 y축의 왼쪽에 있으면 a와 b의 부호가 같고, 대칭축이 y축의 오른쪽에 있으면 a와 b의 부호가 다르다라는 말이에요.

y = ax² + bx + c에서 a, b, c 부호
a는 그래프가 볼록한 방향: 그래프가 위로 볼록하면 a < 0, 그래프가 아래로 볼록하면 a > 0
b는 좌동우이: 대칭축이 y축의 왼쪽이면 a, b의 부호가 같고, 대칭축이 y축의 오른쪽이면 a, b의 부호가 반대
c는 y절편: y절편이 x축보다 위에 있으며 c > 0, y절편이 x축보다 아래 있으면 c < 0

아래 y = ax² + bx + c의 그래프를 보고 a, b, c의 부호를 구하여라..

왼쪽에 있는 그래프 먼저 볼까요?

그래프가 아래로 볼록이니까 a > 0이고요. 대칭축이 y축 왼쪽에 있죠? 좌동우이니까 b의 부호는 a의 부호와 같아요. a > 0이니까 b > 0이네요. y절편이 x축보다 아래 있어서 c < 0이에요.

답은 a > 0, b > 0, c < 0 입니다.

오른쪽 그래프는 위로 볼록이니까 a < 0이고요. 대칭축이 y축의 오른쪽에 있으니까 a와 b의 부호가 반대에요. 따라서 b > 0이죠. y절편은 x축보다 아래 있어서 c < 0입니다.

답은 a < 0, b > 0, c < 0이네요.

이제 이차함수의 그래프와 그래프의 평행이동에 대해서 알아봤으니까 식 구하는 걸 한 번 해보죠. 일차함수 식 구하는 것도 기억이 나나요?

일차함수 식 구하기, 직선의 방정식 구하기, 그래프를 보고 직선의 방정식 구하기

일차함수에서 처럼 여러가지 특징을 가지고 또는 그래프에서 특징들을 알아낸 다음에 이차함수를 구하는 방법에 대해서 알아볼까요.

이차함수는 y = a(x-p)² + q도 쓰고, y = ax² + bx + c로도 써요. 이차함수 식을 구한다는 얘기는 a, p, q를 구하거나 a, b, c를 구한다는 얘기가 되겠죠.

점의 좌표를 주고 이차함수를 구하라고 하는데요. 이차함수가 특정한 점을 지난다는 얘기는 점의 좌료를 식의 x, y에 대입하면 식이 참이 된다는 뜻이에요. 그래서 점의 좌표를 식에 넣어서 미지수를 구하게 돼요.

꼭짓점의 좌표와 다른 한 점의 좌표를 알 때

이차함수의 표준형 y = a(x-p)² + q에서 꼭짓점은 (p, q)에요. 이걸 거꾸로 하면 꼭짓점이 (p, q)이면 그 함수식은 y = a(x-p)² + q가 된다는 얘기죠.

우리가 알고 싶은 건 a, p, q인데, p, q는 꼭짓점의 좌표에서 알았으니 이제 a만 알면 되겠죠? 이 a를 구하려면 꼭짓점과 함께 주어진 점의 좌표를 위 식에 대입하세요. 문자는 a만 남게되니까 일차방정식으로 풀 수 있어요.

꼭짓점의 좌표가 (1, 2)이고 (2, 4)를 지나는 포물선을 구하여라.

꼭짓점의 좌표가 (1, 2)면 이차함수 표준형은 y = a(x-1)² + 2가 돼요. 여기에 x = 2, y = 4를 대입해볼까요?
4 = a(2-1)² + 2
4 = a + 2
a = 2

a를 구했어요. 따라서 구하는 이차함수 식은 y = 2(x-1)² + 2가 됩니다.

축의 방정식 x = p와 다른 두 점의 좌표를 알 때

축의 방정식은 바로 꼭짓점의 x 좌표와 같아요. 꼭짓점의 x좌표가 1이라면 축의 방정식은 x = 1이 돼요. 꼭짓점의 x좌표가 10이라면 축의 방정식은 x = 10이 되고요. 꼭짓점의 x좌표를 알려준 것과 축의 방정식을 알려준 것은 결국 같은 정보를 준 겁니다.

y = a(x-p)² + q에서 꼭짓점의 x좌표인 p를 구했으니 이제 a와 q만 구하면 되겠죠? 이 함수식에 서로 다른 두 점의 좌표를 각각 대입하세요. 그러면 미지수가 a와 q가 있는 연립방정식이 돼요. 연립방정식을 가감법과 대입법을 이용해서 풀면 a, q를 구할 수 있겠죠?

연립방정식의 풀이법 - 가감법 1, 연립방정식의 풀이법 - 가감법 두 번째, 연립방정식의 풀이법 - 대입법

축의 방정식이 x = -1이고 (-1, 2), (1, -2)를 지나는 이차함수를 구하여라.

축의 방정식이 x = -1이니까 함수식은 y = a(x+1)² + q가 돼요. 여기에 두 점의 좌표를 대입해보죠.

2 = a(-1+1)² + q, -2 = a(1+1)² + q라는 두 식이 나오네요.

따라서 구하는 이차함수는 y = -(x+1)² + 2가 됩니다.

서로 다른 세 점의 좌표를 알 때

세 점의 좌표를 알 때는 이차함수의 표준형이 아닌 일반형 y = ax² + bx + c를 사용해요. 표준형 y = a(x-p)² + q을 사용하면 p가 제곱이 되어서 구하기가 귀찮거든요.

여기에서는 a, b, c 세 개의 미지수 값을 구해야합니다.

두 점의 좌표를 넣으면 식이 두 개인 연립방정식이 돼죠? 그럼 세 점의 좌표를 넣으면 어떻게 될까요? 식이 세 개인 연립방정식이 돼요. 하지만 미지수가 세개이고 식이 세개인 연립방정식을 푸는 방법을 배우지 않았어요. 그래서 점의 좌표를 줄 때 형식상으로는 세 점의 좌표인 것처럼 보이지만 실제로는 두 점의 좌표만 줍니다.

바로 y 절편을 주기 때문이죠. y = ax² + bx + c에서 c는 y절편이라는 걸 알아요. 그래서 점의 좌표를 줄 때 c를 바로 알 수 있도록 (0, c)라는 점을 줍니다. 제일 먼저 y절편을 이용해서 c를 구해요. 그럼 식에서 모르는 문자는 a, b 두 개죠? 다음에 다른 두 점의 좌표를 식에 넣으세요. 그러면 연립방정식이 돼요.

뭐라고요? x = 0인 점의 좌표를 먼저 찾는 게 중요하다고요.

이해하셨나요? 예제를 볼까요?

세 점 (0, 0), (1, 2), (-1, 4)를 지나는 이차함수를 구하여라.

세 점을 줬는데요. 그중에 주목해야할 점은 바로 (0, 0)이에요. 주의하세요. 원점이 주어졌다고 해서 그게 꼭짓점은 아니에요.

(0, 0)만 먼저 y = ax² + bx + c에 대입해보죠.
0 = a × 0² + b × 0 + c
c = 0

c = 0이므로 식은 y = ax² + bx가 돼요. 이제 미지수는 a, b 두 개만 남았잖아요. 두 점의 좌표를 대입해보죠.

2 = a + b, 4 = a - b 라는 연립방정식이 됐어요. 연립해서 풀어보면 a = 3, b = -1이 돼요.

따라서 구하는 이차함수 식은 y = 3x² - x입니다.

x축과의 두 교점과 다른 한 점을 알 때

x축과의 교점의 좌표를 두 개를 알려줘요. 그게 무슨 의미인지 알아보죠. x 축과의 교점이라는 말은 y = 0이라는 뜻이에요. 이걸 식으로 써보면 0 = ax² + bx + c가 되는 거죠. 이게 뭐죠? 이차방정식이잖아요. 즉 이차방정식의 두 근을 알려주고 식을 구하라는 문제가 같은 형식인 거죠.

합과 곱이 주어졌을 때 이차방정식 구하기에서 공부했던 내용인데, 다시 정리해보죠.

우변의 0을 y로 바꾸면 돼요.

두 근은 바로 x축과의 교점의 좌표이니까 모르는 건 a만 남겠죠? 이 a는 교점이 아닌 다른 한 점의 좌표를 대입해서 구할 수 있어요.

다만 문제에서 x축과의 교점이라고 얘기해주지 않아요. 그냥 세 점의 좌표만 주는데, 세 점의 좌표 중에서 y = 0인 좌표가 두 개있으면 이 유형의 문제인 것이죠.

세 점 (0, 6), (3, 0), (-2, 0)을 지나는 이차함수를 구하여라.

세 점의 좌표 중 y = 0인 좌표 (3, 0), (-2, 0)을 찾아내야 해요. 이 점을 찾아냈으면 식으로 써봐야겠죠? y = a(x-3)(x+2)라고 놓을 수 있겠군요.

그 다음에 위 식에 (0, 6)을 대입하세요. 6 = a(0-3)(0+2)에서 a = -1인 걸 알 수 있어요.

식으로 쓰면 y = -(x-3)(x+2)인데, 이차함수는 표준형 또는 일반형으로 표현하기때문에 식을 전개해보죠. y = -x² + x + 6이 되는 군요.

그런데, 위 세 점을 자세히 보면 (0, 6)이라는 x = 0인 점의 좌표가 주어졌어요. 따라서 위에서 했던 y = ax² + bx + c에 c = 6으로 놓고 다른 두 점의 좌표를 대입해서 연립방정식으로 풀어도 돼요.

이차함수의 그래프에 대해서 공부하고 있는데, y = a(x - p)² + q꼴 이었어요. 이런 형태를 이차함수의 표준형이라고 해요.

이차방정식에서는 ax² + bx + c = 0 꼴을 이차방정식의 일반형이라고 하는데, 이차함수에도 일반형이 있어요. 이차함수의 일반형은 이차방정식 우변의 0을 y로 바꾸고, 좌우변을 바꾼 y = ax2 + bx + c이에요.

이차함수의 일반형 y = ax² + bx + c

y = ax² + bx + c의 특징을 먼저 알아볼까요?

이차함수 y = a(x - p)² + q의 그래프에서 그래프의 모양과 폭을 결정하는 건 뭐죠? 이차항의 계수인 a죠. 일반형에서도 이차항의 계수가 그래프의 폭과 모양을 결정합니다.

y = ax²+ bx + c에서 이차항의 계수는 a이고 a > 0이면 그래프는 아래로 볼록, a < 0이면 위로 볼록이에요. 또 |a|가 클수록 그래프의 폭은 좁아집니다.

x절편은 y = 0일 때의 x좌표죠? y = 0을 넣어볼까요? 0 = ax² + bx + c가 되어서 이차방정식의 해가 x절편이 되는 걸 알 수 있어요.

y절편은 x = 0일 때의 y좌표죠? x = 0을 넣어보면 y = c가 나와요.

일반형은 표준형보다 x, y 절편 찾기가 쉬워요.

표준형은 꼭짓점이나 축의 방정식, y값의 범위를 알아보기가 쉽죠. y = a(x - p)² + q에서 꼭짓점은 (p, q)라는 걸 알 수 있잖아요.

그러니까 꼭짓점을 찾을 때는 표준형, y절편을 찾을 때는 일반형이 편하겠죠. 그래프의 모양이나 폭은 어떤 것이든 상관없고요.

그런데 함수식을 두 가지 형태로 다 주는 건 아니잖아요. 식이 표준형이면 x = 0, y = 0을 대입해서 x, y 절편을 찾을 수 있어요. 하지만 일반형일 때는 그 상태 그대로 꼭짓점이나 y값의 범위를 찾을 방법이 없죠.

그래서 일반형을 표준형으로 바꿔야 해요.

완전제곱식을 이용한 이차방정식의 풀이

일반형은 x에 관해 내림차순으로 쓰인 식이고, 표준형은 완전제곱식을 포함하고 있는 식이에요. 그러니까 완전제곱식 + 상수항의 꼴이죠.

일반형을 완전제곱식으로 바꾸는 걸 우리는 이미 해봤어요. 바로 “완전제곱식을 이용한 이차방정식의 풀이”에서요.

완전제곱식을 이용한 이차방정식의 풀이에서 어떻게 했는지 보죠.

1. 이차항의 계수로 양변을 나눈다.
2. 상수항을 우변으로 이항
3. 을 양변에 더해준다.
4. 좌변을 완전제곱식으로 인수분해: (x + p)² = k
5. 제곱근을 이용하여 해를 구한다.

x² - 2x - 6 = 0

기억나죠? 정말 많이 해봤던 문제잖아요.

y = ax² + bx + c를 y = a(x-p)² + q로 바꾸기 (일반형을 표준형으로)

이차방정식에서 완전제곱식을 만들었던 것과 이차함수의 일반형을 표준형으로 바꾸는 건 80% 비슷해요.

다른 건 두 가지. 위의 순서에서 2번에 있는 상수항을 우변으로 이항하는 게 없어요. 그리고 해를 구하는 게 아니니까 5번 단계가 필요 없어요. 두 단계가 줄었으니까 더 편하겠죠?

그다음에는 이차항의 계수로 양변을 나눈다고 했는데, 이걸 “이차항의 계수로 이차항과 일차항을 묶는다.”로 바꾸면 돼요. 인수분해한다는 얘기예요. 을 양변에 더해주는 건 좌변에만 한 번 더해주고 빼주는 걸로 바꿔요. 그 외 나머지는 다 똑같아요.

연습을 한번 해보죠.

y = 2x² + 4x + 5의 꼭짓점의 좌표과 축의 방정식을 구하여라.

먼저 이차항의 계수로 이차항과 일차항을 묶어요.
y = 2(x² + 2x) + 5

을 더해줘야 하는데 어디에 더하냐면 괄호로 묶인 부분 안에 더해줘요. 그리고 원래 식에 없던 값을 더해줬으니까 한 번 빼줘야 원래 식과 같은 식이 되겠죠? 빼주는 것도 괄호 안에 빼줘요. 문제에서는 (2 / 2)² = 1을 더해주고 빼줘야겠네요.

y = 2(x² + 2x + 1 - 1) + 5

괄호 안에 있는 부분 중 앞의 세 항(x₂ + 2x + 1)을 완전제곱식으로 바꿔요.

y = 2{(x + 1)² - 1} + 5

괄호 안에는 완전제곱식과 상수항이 남아있는데, 이 상수항을 괄호 밖으로 빼네요. 이때 주의해야할 건 괄호 앞에 이차항의 계수였던 2가 있으니까 분배법칙을 이용해서 빼내야 한다는 거예요.

y = 2(x + 1)² - 2 + 5
y = 2(x + 1)² + 3

완전제곱식을 이용한 이차방정식의 풀이와 거의 비슷하죠? 이렇게 표준형으로 바꿨더니 꼭짓점의 좌표와 축의 방정식을 구할 수 있겠네요. 꼭짓점은 (-1, 3), 축의 방정식은 x = -1이군요.

한 문제 더 해보죠.

y = -x² + 4x -2의 꼭짓점과 y절편을 구하여라.

꼭짓점은 표준형에서 y절편은 일반형에서 구하는 게 편해요.

문제의 식이 일반형이니까 y절편부터 구해보죠. 이차함수 y = ax² + bx + c에서 x = 0일 때 y 좌표가 y절편이니까 –2네요.

꼭짓점을 구하기 위해서 일반형을 표준형으로 바꿔보죠.

꼭짓점의 좌표는 (2, 2)이고 y 절편은 -2네요.

이차함수 그래프의 평행이동 마지막입니다. 뭐 거창한 건 아니고요. 앞에서 공부했던 내용들을 한꺼번에 공부하는 거예요.

이차함수그래프를 x축으로도 평행이동 해봤고, y축으로도 평행이동 해봤어요. 이제는 x, y 축 평행이동을 동시에 하는 거예요.

y = ax² 그래프를 x축으로 p만큼, y축으로 q만큼 이동한 그래프에 대해서 공부할 거예요. 어렵게 생각하지 마세요. 이 그래프는 y = ax² + q와 y = a(x - p)²의 특징을 모두 갖고 있거든요.

이차함수 y = a(x - p)² + q의 그래프

y = ax² 그래프를 y축 방향으로 먼저 q만큼 평행이동한 y = ax² + q 그래프를 다시 x축 방향으로 p만큼 평행이동한 그래프예요. 순서를 바꿔도 상관없어요.

그래프를 x축으로 평행이동하면 x와 관련된 모든 항목이 바뀌고, y축으로 평행이동하면 y와 관련된 항목이 모두 바꿔요. 그럼 x, y로 평행이동한 그래프는 당연히 x와 y에 관련된 모든 것들이 다 바뀌겠죠π x와 관련된 항목은 p로 y와 관련된 항목은 q로 바꿔보죠.

꼭짓점은 원점 (0, 0) 이었어요. 평행이동하면 어떻게 될까요π (p, q)로 바뀌겠죠π

축의 방정식은요. x하고만 관련이 있잖아요. x = 0 에서 x = p로 바뀌고요.

y값의 범위는 y하고만 관련이 있죠π a < 0이면 y ≤ q가 될 거고, a > 0 이면 y ≥ q가 될 거예요.

이차함수 그래프의 평행이동

a > 0일 때 이차함수 그래프를 평행이동한 그래프에 관한 내용을 정리해볼까요π

그래프
	y = ax2	y = ax2 + q	y = a(x - p)2	y = a(x - p)2 + q
꼭짓점	(0, 0)	(0, q)	(p, 0)	(p, q)
축의 방정식	x = 0	x = 0	x = p	x = p
증가, 감소 기준	x > 0 x < 0	x > 0 x < 0	x > p x < p	x > p x < p
y의 범위	y ≥ 0	y ≥ q	y ≥ 0	y ≥ q

이차함수 그래프가 y축으로 평행이동한 것을 공부했어요. 이 글에서는 이차함수 그래프가 x축으로 평행이동한 경우를 생각해보죠.

이차함수 그래프 y = ax²가 y축으로 q만큼 평행이동하면 y에 관련된 값인 꼭짓점의 y좌표, y의 범위 등이 바뀌죠. 그리고 y와 상관없는 꼭짓점의 x좌표, 축의 방정식 등은 그대로예요.

이차함수의 그래프가 x축 방향으로 평행이동 했을 때는 이차함수 그래프의 특징에서 어떤 값들이 어떻게 바뀌는 지 알아보죠.

이차함수 y = a(x - p)²의 그래프

일차함수든 이차함수든 x, y축 어느 방향으로 평행이동을 하더라도 그래프의 모양은 바뀌지 않아요. 일차함수의 그래프에서 기울기나 직선인 모양은 그대로이고요. 이차함수에서도 포물선 모양과 위/아래로 볼록인 것도 그대로예요. 그래프의 폭도 바뀌지 않아요.

특히 이번에는 x축으로 p만큼 평행이동 했을 때를 볼 건데, 이때는 x에 관련된 내용이 모조리 p로 바뀝니다.

y = ax²의 그래프의 꼭짓점은 원점 (0, 0)이었어요. x 관련된 것만 바뀌니까 꼭짓점의 x좌표가 바뀌겠죠? (p, 0)이 돼요.

축의 방정식은 x = 0이었죠? x와 관련된 식이네요. 역시 x = p로 바뀝니다.

x > 0이면 x가 증가할 때 y가 증가하고, x < 0이면 x가 증가할 때 y는 감소하죠. 여기서 x의 범위도 x > p일 때 x가 증가하면 y가 증가하고 , x < p일 때 x가 증가하면 y가 감소하는 것으로 바뀌죠.

y값의 범위는 x랑 상관없죠? 그래서 바뀌지 않아요.

아래 그래프는 y = x²과 y = (x - 3)²의 그래프에요.

그래프에서 꼭짓점은 (3, 0)이고, 축의 방정식은 x = 3이네요. x > 3이면 x가 증가할 때 y가 증가하고, x < 3이면 x가 증가할 때 y는 감소하는군요. 찾을 수 있겠죠?

파란색 그래프 위의 점들이 x축 방향으로 3만큼 이동하면 오른쪽 그래프 위의 점들과 일치하죠? 양의 방향으로 3만큼 이동했으니까 x + 3을 해줘야 할 것 같은데, 식은 x - 3이 됐어요. 여기를 주의하세요. 이동한 만큼 빼주는 거예요.

x축으로 p만큼 평행이동한 이차함수 그래프는 x 대신 x - p, y축으로 q만큼 평행이동한 그래프는 y 대신 y - q를 넣어주세요.

만약 x축 방향으로 -3만큼 이동하면 y = {x - (-3)}² = (x+3)²가 돼요.

y축으로 q만큼 이동한 그래프는 원래는 y - q = ax²인데, q를 이항해서 우리가 아는 y = ax² + + q로 바꾼 거예요.

함께 보면 좋은 글

이차함수 그래프의 특징
이차함수 그래프의 평행이동, y = ax² + q
이차함수 그래프, y = (x - p)² + q
이차함수 그래프의 대칭이동

일차함수에서 우리는 제일 처음에 y = ax 에 대해서 공부했어요. 그리고 y = ax 그래프를 y축으로 b만큼 평행이동 시킨 y = ax + b 그래프를 공부했고요.

일차함수의 그래프

이차함수에서 y = ax² 그래프를 공부했으니 y축으로 평행이동한 그래프를 공부해야겠죠? 그게 바로 y = ax² + q예요.

그래프를 평행이동 하면 그래프의 모양은 바뀌지 않아요. 그러니까 폭도 그대로이고, 위로/아래로 볼록한 것도 그대로에요.

일차함수의 그래프에서도 그래프의 기울기나 모양이 바뀌지는 않았어요.

이차함수 y = ax² + q의 그래프

y = ax² + q 그래프는 y = ax² 를 y축으로 q만큼 이동한 그래프에요.

y축에 대해서 q만큼 평행이동 했으니까 y와 관련된 항목들만 바꿔요.

y축 대칭이어서 축의 방정식은 x = 0이었어요. 축의 방정식은 x만 있고 y와 상관없죠? 그래서 축의 방정식은 x = 0 그대로예요.

x가 증가할 때 y가 증가/감소하는 구간도 역시 x > 0 일 때와 x < 0 일 때, 즉 x의 범위에 따라 달라지는 거니까 y와는 상관없어요. 그대로예요.

꼭짓점은 원점(0, 0)에서 (0, q)로 바뀝니다. y축으로 이동했으니 꼭짓점의 y좌표도 이동해야겠죠?

y축으로 평행이동 하면 y값의 범위도 바뀌어야 해요. a > 0이라면 y ≥ q가 될 거고, a <0이라면 y ≤ q가 돼요.

기억하세요. y = ax²가 y축 방향으로 q만큼 이동한 y = ax² + q는 y 관련된 항목, 꼭짓점의 y좌표, y값의 범위만 바뀌고, 다른 것은 그대로라는 걸요.

이번에는 이차함수 그래프의 특징에 대해서 알아볼 거예요. 이차함수 그래프 그리기에서 잠깐 봤지만 이차함수 그래프는 직선이 아니라 곡선, 정확히는 포물선이에요. 가운데 뾰족한 부분이 있고 그 양쪽은 서로 대칭인 모양이죠.

일차함수 y = ax에서 a를 기울기라고 했는데, 이차함수에서는 기울기라는 표현을 쓰지 않아요. 대신 이차항의 계수라고 그냥 편하게 부르면 돼요.

y = x²의 그래프를 그려보았는데요, 이번에는 x²의 계수가 1이 아닌 2, 3…… 일 때 그래프의 특징에 대해서 알아보죠. 또 a의 부호에 따라 그래프가 어떻게 달라지는 지도 알아봐요.

y = ax² 그래프의 성질 (a > 0일 때)

이차함수니까 당연히 a≠0이에요.

아래는 y = x²의 그래프예요. 그래프를 보면서 특징을 하나씩 적어볼게요. a = 1이긴 하지만 a가 2, 3, 4, …여도 특징은 같아요.

그래프를 보면 알겠지만, 그래프는 아래로 튀어나온 모양이죠? 이걸 아래로 볼록한 모양이라고 표현해요.

그리고 원점 (0, 0)을 지나요. 원점을 기준으로 양쪽이 서로 대칭이에요. 이렇게 뾰족한 점을 꼭짓점이라고 해요.

꼭짓점 양쪽의 그래프를 잘 살펴보면 서로 대칭인 것을 알 수 있어요. 선대칭인데, 이 대칭이 되는 선을 대칭축이라고 불러요. 대칭축은 y축이네요. y축을 식으로 나타내면 x = 0이죠. 이 x = 0을 축의 방정식이라고 불러요. 대칭축을 방정식으로 표현했다는 얘기예요.

대칭축을 기준으로 해서 오른쪽 부분은 x가 증가하면 y도 증가하죠. 그런데 축의 왼쪽 부분은 x가 증가하면 y가 감소해요.

x와 y의 범위는 따로 얘기하지 않는다면 실수 전체를 말합니다. 그런데 실제로 y 값들이 실수 전체인가요? 아니죠. y는 원점에서 가장 작고 그 외에는 0보다 커요. 따라서 y값의 범위는 y ≥ 0이에요.

아래는 y = x²와 y = 2x² 그래프를 함께 그린 건데, 계수가 커질수록 그래프는 y축에 가까워지죠? 일차함수 y = ax + b (a > 0)에서도 a가 커지면 그래프는 y축에 점점 가까워졌어요. 이차함수에서는 이걸 폭이 좁아진다고 표현합니다. 즉, a가 커질수록 그래프의 폭이 좁아진다고 하죠.

y = ax² 그래프의 성질 (a < 0일 때)

이번에는 a < 0인 y = -x² 그래프를 보고 특징을 알아보죠.

y = x²의 그래프와 마찬가지로 원점을 지나고, 이 원점을 꼭짓점으로 해요.

y = -x²그래프는 위쪽에 뾰족한 부분이 있죠? 그래서 위로 볼록이라고 해요.

y = x²와 마찬가지로 y축에 대해서 대칭이죠. 그러니까 축의 방정식도 x = 0으로 같아요.

그래프를 보면 가장 큰 y값이 0이고 나머지는 0보다 작죠? 그래서 y값의 범위는 y ≤ 0이에요.

아래는 y = -x²와 y = -2x² 그래프를 함께 그린 건데, 계수가 작아질수록 그래프는 y축에 가까워지죠? 폭이 좁아져요.

계수인 a 가 0보다 클 때는 a가 커지면 폭이 좁아진다고 했는데, a < 0일 때는 계수가 작아져야 폭이 좁아져요. 이걸 한 번에 표현하면 a의 절댓값이 커지면 그래프의 폭이 좁아진다고 할 수 있어요. 일차함수에서도 y = ax + b에서 a의 절댓값이 커지면 그래프는 y축에 가까워지는 걸 알 수 있었어요

y = ax² 그래프의 특징

이차함수 y = 2x²에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 원점을 꼭짓점으로 한다.
② x > 0일 때 x가 증가하면 y도 증가한다.
③ y축에 대하여 대칭이다.
④ 위로 볼록한 포물선이다.
⑤ 제 1, 2사분면을 지난다.

원점을 지나고 y축에 대해 대칭인 것은 a와 상관없는 이차함수 y = ax²그래프의 특징이에요. 그래서 1번과 3번은 맞아요.

y = 2x²는 a가 0보다 크네요. 그래프의 모양을 생각해보죠. x > 0 인 곳은 그래프에서 오른쪽 부분이에요. 오른쪽 부분은 x가 커지면 y도 함께 커져요. 따라서 2번은 맞아요.

a > 0이니까 아래로 볼록한 곡선이죠? 4번은 틀렸네요.

y값의 범위가 y ≥ 0이니까 1, 2 사분면을 지나는 것도 맞아요.

따라서 틀린 것은 4번이네요

이차함수 그래프 그리는 방법을 알아볼꺼에요. 아주 간략하게 그리는 거고, 꼭지점과 y절편 등을 이용해서 그리는 건 나중에 다시 더 배울 거예요.

일차함수의 그래프는 두 점을 찍은 다음 그 점들을 직선으로 연결해서 그래프를 그렸어요.
일차함수 그래프 그리기

하지만 이차함수는 조금 달라요. 직선이 아니거든요.

이차함수의 가장 기본이 되는 y = x²의 그래프를 그려 보자고요.

y = x²의 그래프 그리기

y = x²에 x = ..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ...을 대입하면 y = ..., 9, 4, 1, 0, 1, 4, 9, ...가 나와요. 이 점들을 순서쌍을 나타내면 (-3, 9), (-2, 4), (-1, 1), (0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9)가 되겠네요. xy 좌표평면에 찍으면 아래처럼 돼요.

딱 봐도 직선으로 연결할 수는 없겠죠? 그럼 어떻게 하느냐? 각 점들이 최대한 매끄럽게 되도록 곡선으로 연결해줍니다. 정확히는 포물선 모양이에요.

원점은 뾰족한 모양이 되고 양쪽으로 곡선 모양이네요.

점을 많이 찍으면 그리기가 더 수월해요. 하지만 좌표 구하기가 더 어렵죠.

y = -x²의 그래프 그리기

y = -x²에 x = ..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ...을 대입하면 y = ..., -9, -4, -1, 0, -1, -4, -9, ...가 나와요. 이 점들을 순서쌍을 나타내면 (-3, -9), (-2, -4), (-1, -1), (0, 0), (1, -1), (2, -4), (3, -9)가 되죠. 마찬가지로 점을 표시하고 매끄럽게 곡선으로 연결하면 돼요.

이차방정식에 이어 이차함수에요.

1학년 때 함수를 공부했고, 2학년 때는 일차함수와 그래프를 공부했죠. 이제는 이차함수와 그래프를 공부할 거예요. 식은 똑같은 데 차수만 높아지는 거니까 겁먹을 필요 없어요.

일차방정식과 이차방정식의 차이는 뭐였죠? 미지수 x의 차수가 일차냐 이차냐의 차이였어요. 마찬가지로 일차함수와 이차함수의 차이도 x에 관한 식의 차수가 일차냐 이차냐 차이에요. 차수가 일차면 일차함수, 이차면 이차함수지요.

일차함수는 y = ax + b (a ≠ 0, a, b 는 상수)였어요. 이차함수는 우변이 x에 관한 이차식이니까 y = ax² + bx + c (a ≠ 0, a, b, c는 상수)겠죠?

이차방정식인지 아닌지 확인할 때, 괄호는 풀고 동류항을 다 정리한 후에 차수가 일차인지 이차인지 확인했었죠? 이차함수에서도 괄호는 다 풀고 동류항 계산을 다 한 다음에 차수를 확인합니다.

다음 중 이차함수 인것은?
(1) y = 2x + 6
(2) y = 2x² + 3x + 1
(3) y = 2(x - 3)²
(4) x² + 3x + 2 = 0
(5) y = 2(x - 2)² + 3 - 2x²

(1)은 우변 x의 최고차항이 1차니까 일차함수고요.
(2)는 우변이 x에 관한 이차식이니까 이차함수가 맞아요.
(3) 역시 우변을 전개해보면 y = 2x² - 12x + 18이어서 이차함수가 맞고요.
(4)는 이차식이긴 하지만 함수가 아닌 방정식이어서 이차방정식이네요.
(5)는 우변을 정리해보면 y = 2x² - 8x + 8 + 3 - 2x² = -8x + 11이여서 차수가 1인 일차함수네요.

따라서 이차함수인 것은 (2), (3)입니다.

이번은 일차함수의 활용에 대해서 공부할 거예요.

매 단원의 마지막에 공부하는 내용이 활용이죠. 방정식의 활용, 연립방정식의 활용, 부등식의 활용 등이요. 바꿔말하면 활용을 배우면 그 단원이 끝나는 거예요. 멀게만 보였던 일차함수 단원이 이제 끝나는군요.

매 단원의 끝에 활용이 나오는 것처럼 일차함수의 활용도 다른 단원의 활용 문제와 별로 차이가 없어요. 문제는 푸는 순서와 요령은 같은데, 식을 세우는 과정에 함수라는 게 들어가는 것뿐이에요.

1학기 마지막 단원을 시작해보죠.

일차함수의 활용

일차함수의 활용도 다른 단원의 활용에서와 같은 순서로 진행돼요.

1. x, y 정하기
   문제를 잘 읽고, 문제에서 구하고자 하는 것을 x, y로 놓는다.
   함수는 x에 대응하는 y 값이니까 일반적으로 변화하는 값을 x, 그에 따라 결정되는 값을 y로 놓아요.
2. x, y의 관계식(함수식) 세우기
   문제에 나온 내용을 식으로 만든다.
3. 해 구하기
   만든 함수식을 이용하여 해를 구한다.
4. 확인하기
   구한 해가 문제의 조건에 맞는지 확인한다.

다른 식의 활용에서도 이런 순서로 진행되었죠?

일차함수의 활용은 연립방정식의 활용이나 부등식의 활용에 나왔던 문제보다 쉽다고 할 수 있어요. 미지수가 2개인 일차방정식을 하나만 만들면 되니까요. 방정식, 부등식에서 했던 활용과 별로 다르지도 않을뿐더러 식의 개수도 줄었으니 어렵게 생각하지 마세요.

일차함수의 활용 예제

지면에서 100m 높아질 때마다 기온은 0.6℃씩 내려간다고 한다. 지면 온도가 15℃일 때, 지면에서 2,700m 떨어진 곳 기온은 몇 ℃인가?

문제를 읽어보면 온도에 영향을 주는 건 지면으로부터의 높이네요. 그러니까 온도와 높이에 대한 관계식을 만들어야 해요.

여기서는 높이가 바뀌면 온도가 따라서 바뀌니까 높이를 x, 온도를 y로 놓으면 되겠네요.

100m 높아질 때마다 기온은 0.6℃씩 내려가면 1m 높아질 때마다 0.006℃씩 내려가고 xm 높아지면 0.006x℃ 내려가겠네요. 지면에서의 온도(처음 온도)가 15℃라고 했으니까 xm에서의 온도 y = 15 - 0.006x라고 할 수 있겠군요.

2,700m일 때 온도를 구하라고 했으니 식에 대입하면
y = 15 - 0.006x
y = 15 - 0.0060 × 2700
y = 15 - 16.2
y = - 1.2

온도는 영하라는 게 있어서 음수로 나와도 괜찮죠? 따라서 구하는 답은 영하 1.2℃가 되겠네요.

20L의 물이 들어있는 물통에서 10분마다 0.5L의 물이 흘러나간다. 물이 흘러나가기 시작하여 1시간 30분 후에 물통에 남아있는 물의 양은 몇 L인가?

이 문제에서는 시간과 빠져나가는 물의 양, 남은 물의 양 사이의 관계식이 필요하죠? 시간을 x라고 하면 시간에 따라 흘러나가는 물의 양은 x항이 되고, 남은 물의 양은 y로 놓을 수 있어요.

10분마다 0.5L가 흘러나가니까 1분에는 0.05L, x분 후에는 0.05xL가 흘러나가겠네요. 남은 양은 처음 양 20L에서 흘러나간 양을 빼주면 되겠고요.

y = 20 - 0.05x

1시간 30분은 90분이니까 식에 대입하면
y = 20 - 0.05 × 90
y = 20 - 4.5
y = 15.5

1시간 30분 후에 남은 물의 양은 15.5L가 되겠습니다.

함께 보면 좋은 글

일차함수 식 구하기, 직선의 방정식 구하기
그래프를 보고 직선의 방정식 구하기
연립방정식의 해와 일차함수의 그래프
연립방정식의 활용
부등식의 활용, 연립부등식의 활용