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합성함수의 그래프와 방정식이 그리는 도형

괄호 안을 바꾸면 그래프가 좌우로 움직이고, 괄호 밖을 바꾸면 위아래로 움직이거나 뒤집힙니다. |f(x)|는 x축 아래 부분을 위로 접어 올리고, f(|x|)는 오른쪽 절반을 왼쪽에 거울처럼 복사합니다. x와 y로 이루어진 방정식도 원이나 마름모 같은 그림을 그립니다. 모든 수직선이 그림과 딱 한 번만 만날 때만 함수의 그래프가 됩니다.

🎬 단계별 이야기

  1. y = x²에서 시작해요. 점을 움직여 보세요. 모든 x에 y가 하나뿐이죠. 그래서 함수의 그래프예요.
  2. 괄호 안에 x − 2를 넣어요. y = (x − 2)². 회색 그림자가 원래 그래프예요. 곡선 전체가 오른쪽으로 2칸 미끄러집니다.
  3. 전체를 |·|로 감싸요. y = |x² − 2|. x축 아래에 있던 부분이 팬케이크처럼 위로 뒤집혀요.
  4. 안에 |x|를 넣어요. y = (|x| − 1)². 오른쪽 절반은 그대로 두고, 거울처럼 왼쪽에 복사합니다.
  5. 방정식도 도형을 그려요. |x| + |y| = 2는 각 축에서 2인 곳에 꼭짓점이 있는 마름모예요. r을 밀어서 키워 보세요.
  6. 자유롭게 놀아 보세요. 원이나 옆으로 누운 포물선을 골라요. 수직선이 두 번 만나니까 함수의 그래프가 아니에요.

팁: 3D 화면을 드래그하면 돌아가요. 두 손가락으로 확대할 수 있어요.

🤔 헷갈리는 점, 한 번에 해결

"x마다 y가 하나"는 무슨 뜻인가요?

어떤 x에서든 수직선을 그어 보세요. 곡선과 한 번만 만나면 함수의 그래프예요. y = x² 위의 점은 항상 y가 하나뿐이에요.

빼기가 있는데 왜 (x − 2)²는 오른쪽으로 가나요?

가장 낮은 점은 x − 2 = 0일 때, 즉 x = 2예요. 꼭짓점이 x = 2로 옮겨졌고, 그곳은 오른쪽이에요.

왜 축 아래 부분이 위로 뒤집히나요?

절댓값은 마이너스 부호를 없애요. 음수 높이가 같은 크기의 양수 높이가 돼요.

f(|x|)는 왜 항상 대칭인가요?

|x|와 |−x|는 같은 수라서 x와 −x가 같은 y를 줘요. 왼쪽은 오른쪽의 거울 모습이에요.

|x| + |y| = 2는 왜 원이 아니라 마름모인가요?

제1사분면에서는 x + y = 2, 곧은 직선이에요. 네 사분면이 곧은 변 네 개를 만들어요.

원은 함수가 전혀 아닌가요?

원 전체는 함수의 그래프가 아니지만, 위쪽 반원 y = √(r² − x²)는 함수의 그래프예요.

합성함수: 안과 밖

합성함수 f(g(x))는 먼저 g를 계산하고, 그 결과를 f에 넣는다는 뜻이에요. f(x) = x², g(x) = x − 2라면 f(g(x)) = (x − 2)²이에요. 순서를 바꾸면 g(f(x)) = x² − 2로, 전혀 다른 그래프가 됩니다.

y = f(x)의 그래프에 대한 빠른 규칙은 다음과 같아요.

이동 규칙 전체는 따로 레슨이 있어요. 함수의 변환

그래프 위의 절댓값: |f(x)|와 f(|x|)

절댓값 |a|는 부호를 뗀 a의 크기예요. |−3| = 3.

|f(x)|(밖): y = f(x)를 그려요. x축 위나 x축 위에 있는 부분은 그대로 둬요. 아래에 있는 부분은 위로 뒤집어요(x축에 대한 거울). 결과는 절대 0 아래로 내려가지 않아요.

f(|x|)(안): x ≥ 0일 때만 y = f(x)를 그려요. 왼쪽은 버리고 오른쪽의 거울 복사본으로 채워요. 결과는 y축에 대칭이에요(짝함수).

예: y = |x² − 2|는 ±√2에서 0이고, x = 0에서 최댓값 2의 봉우리를 가져요. y = (|x| − 1)²는 ±1에서 0이고, x = 0에서 y = 1이에요.

방정식의 기하학적 상(그림)

x, y의 방정식의 기하학적 상(그래프)은 그 식을 참으로 만드는 모든 점 (x, y)의 모임이에요.

팁: |x| + |y| = r을 그리려면 제1사분면(x, y ≥ 0)에만 x + y = r을 그리고, 나머지 세 사분면에 거울처럼 복사하세요.

수직선 검사: 어떤 수직선이 그림과 두 번 만나면 x 하나에 y가 둘이라서 함수의 그래프가 아니에요. 원과 y² = x는 탈락이고, y = x², y = |x|는 통과예요.

스케치 계획

  1. 정의역(허용되는 x)을 찾아요.
  2. 절편(축과 만나는 곳)을 표시해요.
  3. 대칭을 확인해요(짝함수는 y축 대칭).
  4. 몇 개의 주요 점을 찍고 부드럽게 이어요.

그래프로 해의 개수도 셀 수 있어요. y = f(x)와 y = g(x)가 만나는 횟수가 f(x) = g(x)의 해의 개수예요.

해 보기: 먼저 예측하고 확인하기

3D 보드에서 y = (x − h)²를 고르세요. h = 3일 때 가장 낮은 점이 어디로 갈지 예상한 다음, h를 3까지 밀어 보세요. |x| + |y| = r을 고르고 r = 3일 때의 넓이를 맞혀 보세요(정답 18). 집에서는 종이를 반으로 접고 한쪽에 하트의 반쪽을 그린 다음, 선을 따라 오려서 펼쳐 보세요. 접힌 선이 y축이고, 방금 f(|x|)를 만든 거예요.

핵심 공식과 정의

풀이 예제

1. f(x) = x², g(x) = x − 2일 때 f(g(x))와 g(f(x))를 구하세요.

f(g(x)) = (x − 2)² : 포물선 x²을 오른쪽으로 2 이동한 것, 가장 낮은 점 (2, 0). g(f(x)) = x² − 2 : 포물선을 아래로 2 이동한 것, 가장 낮은 점 (0, −2). 둘은 서로 달라요.

2. y = |x² − 2|를 스케치하세요. 영점과 y절편을 구하세요.

먼저 x² − 2를 그려요(가장 낮은 점 (0, −2), 영점 ±√2 ≈ ±1.41). 영점 사이에 움푹 들어간 부분을 위로 뒤집어요. 점 (0, −2)는 (0, 2)가 돼요. 영점은 ±√2, y절편은 2.

3. y = (|x| − 1)²를 스케치하세요.

x ≥ 0에서는 (x − 1)²: 가장 낮은 점 (1, 0), x = 0에서 값은 1. 이것을 왼쪽에 거울처럼 복사해요. 영점은 x = ±1, y절편은 1, (0, 1)에 알파벳 W처럼 작은 언덕이 생겨요.

4. |x| + |y| = 2를 그리고 넓이를 구하세요.

꼭짓점은 (2, 0), (0, 2), (−2, 0), (0, −2). 대각선의 길이가 4인 정사각형이에요. 넓이 = ½ × 4 × 4 = 8 (2r² = 2 × 4 = 8도 같아요).

5. 원 x² + y² = 9 위에서 x = 2일 때 y를 구하세요.

4 + y² = 9, 그러므로 y² = 5, y = ±√5 ≈ ±2.24. 점이 두 개: 위쪽 반원에 하나, 아래쪽 반원에 하나.

6. y² = x의 그래프는 함수 y = f(x)의 그래프인가요?

아니요. 수직선 x = 4가 y = 2와 y = −2에서 만나요. x 하나에 y가 둘이에요. 이것은 y = √x(위)와 y = −√x(아래), 두 함수 그래프를 합친 거예요.

7. (x − 2)² = |x|의 해는 몇 개인가요?

y = (x − 2)²와 y = |x|를 그려요. x ≥ 0이면 x² − 4x + 4 = x에서 x² − 5x + 4 = 0, 그래서 x = 1 또는 4. x < 0이면 x² − 3x + 4 = 0의 D = 9 − 16 < 0이라 해가 없어요. 그래서 해는 2개. 그래프에서도 오른쪽에서 두 점이 만나요.

8. f(x) = √x, g(x) = x² − 4일 때 f(g(x))의 정의역을 구하세요.

f(g(x)) = √(x² − 4). x² − 4 ≥ 0이어야 하므로 x ≤ −2 또는 x ≥ 2. 그래프는 떨어진 두 가지예요. 하나는 (2, 0)에서 시작해 오른쪽으로, 다른 하나는 (−2, 0)에서 시작해 왼쪽으로 가요.

자주 하는 실수

연습 퀴즈

1. y = (x − 3)²의 그래프는 y = x²을 어떻게 옮긴 것인가요?
2. |f(x)|는 x축 아래 부분을 어떻게 하나요?
3. x² + y² = 25는 반지름이 얼마인 원인가요?
4. |x| + |y| = 3의 모양은 무엇인가요?
5. f(|x|)의 그래프는 항상 무엇에 대해 대칭인가요?

연습: 직접 풀어 보세요

답을 입력하거나 고른 뒤 확인을 누르세요. 막히면 힌트를 보세요. 풀이는 답을 낸 뒤에 나타나요.

자주 묻는 질문

합성함수란 무엇인가요?

한 함수의 출력을 다른 함수에 넣어서 만든 함수로, f(g(x))라고 써요.

절댓값 함수의 그래프는 어떻게 그리나요?

먼저 기본 그래프를 그려요. |f(x)|는 음수 부분을 위로 뒤집고, f(|x|)는 오른쪽 절반을 왼쪽에 복사해요.

수직선 검사란 무엇인가요?

모든 수직선이 곡선과 많아야 한 번 만나면 그 곡선은 함수의 그래프예요.

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