286 삼각부등식 풀이 (1) 🚦: 기본꼴과 그래프 활용!
⭐ 핵심만정리
각의 크기에 미지수 x가 숨어있는 삼각부등식, 어떻게 풀까요? 가장 기본적인 형태부터 알아봐요! 🎯
- 삼각부등식이란? sin x > 1/2, cos x ≤ -√3/2, tan x < 1처럼 각의 크기를 나타내는 미지수를 포함하는 삼각함수의 부등식을 말해요.
- 기본적인 삼각부등식 풀이 (sin x > k, cos x ≤ k, tan x < k 꼴):
- 주어진 x의 범위(정의역)를 확인해요. (보통 0 ≤ x < 2π)
- 먼저 해당 삼각방정식 (sin x = k, cos x = k, tan x = k)의 해를 구해요.
- 단위 원 또는 삼각함수의 그래프를 이용하여 주어진 부등식을 만족시키는 x의 범위를 찾아요.
- 단위 원 이용: 동경의 위치에 따른 y좌표(sin), x좌표(cos), 기울기(tan)의 크기를 비교해요.
- 그래프 이용: y = sin x (또는 cos x, tan x) 그래프가 직선 y = k보다 위쪽에 있는지, 아래쪽에 있는지 (또는 같거나) 확인해요.
- 구한 해의 범위가 주어진 x의 범위에 포함되는지 확인해요.
삼각방정식 풀이법과 삼각함수 그래프의 모양을 잘 알고 있다면 삼각부등식도 어렵지 않아요! 😉
📚 개념정리
안녕, 부등식 탐험가 친구들! 🧭 오늘은 삼각함수의 각의 크기를 나타내는 부분에 미지수 x가 숨어있는 특별한 부등식, 바로 ‘삼각부등식’을 푸는 방법에 대해 알아볼 거예요. 삼각방정식과 비슷하지만, 부등호 때문에 해가 범위로 나타난다는 점이 달라요! 😊
삼각부등식이란 무엇일까요? 🤔
삼각부등식은 말 그대로 각의 크기를 나타내는 미지수를 포함하는 삼각함수의 부등식을 말해요. 예를 들면 다음과 같은 식들이 삼각부등식이랍니다.
- sin x > √2/2
- cos x ≤ 0
- tan x ≥ √3
이런 삼각부등식을 푸는 것은, 주어진 부등식을 만족시키는 미지수 x (보통 각의 크기)의 값의 범위를 찾는 것을 의미해요.
기본적인 삼각부등식 풀이 전략: sin x > k, cos x ≤ k, tan x < k 꼴 💡
가장 기본적인 형태의 삼각부등식은 sin x > k, cos x ≤ k, tan x < k 와 같아요. (여기서 k는 상수)
이런 기본적인 삼각부등식은 다음 두 가지 방법을 이용하여 풀 수 있어요.
1. 단위 원을 이용하는 방법 ⭕
단위 원(반지름이 1인 원)에서 동경이 나타내는 각 x에 대하여,
- sin x는 동경과 단위 원의 교점의 y좌표
- cos x는 동경과 단위 원의 교점의 x좌표
- tan x는 동경의 기울기 (y/x)
라는 것을 이용해요. 예를 들어 sin x > k를 풀려면, 단위 원에서 y좌표가 k보다 커지는 부분에 해당하는 동경의 각 x의 범위를 구하면 된답니다. (주어진 x의 범위 내에서 찾아야 해요!)
(y좌표가 k보다 큰 영역의 각도 범위)
2. 삼각함수의 그래프를 이용하는 방법 📈
sin x > k라는 부등식의 해는 함수 y = sin x의 그래프가 직선 y = k보다 위쪽에 있는 부분의 x의 범위와 같아요.
만약 sin x ≤ k라면 y = sin x 그래프가 직선 y = k보다 아래쪽에 있거나 만나는 부분의 x의 범위를 찾으면 되겠죠?
코사인, 탄젠트 함수도 마찬가지로 그래프와 직선의 위치 관계를 이용해서 풀 수 있답니다. 이때도 주어진 x의 범위 내에서 해를 찾아야 해요!
(sin x > k 이면 y=k보다 위쪽 부분의 x 범위)
✨ 예시: cos x > 1/2 풀기 (0 ≤ x < 2π)
1단계: 방정식 cos x = 1/2의 해 찾기
0 ≤ x < 2π 범위에서 cos x = 1/2을 만족하는 x는 x = π/3 (60°) 와 x = 5π/3 (300°) 입니다.
2단계: 그래프 이용하기
y = cos x 그래프와 직선 y = 1/2을 그려요. cos x > 1/2은 코사인 그래프가 직선 y=1/2보다 위쪽에 있는 x의 범위를 의미해요.
cos x > 1/2 인 x의 범위 표시
그래프를 보면, 0 ≤ x < π/3 와 5π/3 < x < 2π 범위에서 코사인 그래프가 직선보다 위쪽에 있는 것을 알 수 있어요.
따라서 해는 0 ≤ x < π/3 또는 5π/3 < x < 2π 입니다.
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✅ 개념확인
✏️ 문제: 0 ≤ x < 2π일 때, 다음 삼각부등식을 푸시오.
(1) sin x ≥ √3/2
(2) tan x < -√3
(숫자 변경: 원본은 (1) sin x ≤ √2/2 (2) tan x > 1)💡 풀이:
(1) sin x ≥ √3/2
먼저 sin x = √3/2인 x값을 0 ≤ x < 2π 범위에서 찾으면 x = π/3 (60°) 와 x = 2π/3 (120°) 입니다.
y = sin x 그래프가 직선 y = √3/2보다 위쪽에 있거나 만나는 부분의 x 범위를 찾으면 됩니다.
sin x ≥ √3/2 인 x의 범위 표시
따라서 해는 π/3 ≤ x ≤ 2π/3 입니다.
(2) tan x < -√3
먼저 tan x = -√3인 x값을 0 ≤ x < 2π 범위에서 찾아요. 탄젠트 값이 √3이 되는 예각은 π/3 (60°)이고, 탄젠트가 음수인 사분면은 제2, 제4사분면이에요.
- 제2사분면: π – π/3 = 2π/3
- 제4사분면: 2π – π/3 = 5π/3
y = tan x 그래프가 직선 y = -√3보다 아래쪽에 있는 부분의 x 범위를 찾으면 됩니다. 탄젠트 함수의 점근선(x = π/2, x = 3π/2)도 고려해야 해요!
tan x < -√3 인 x의 범위 표시
그래프를 보면, 해는 π/2 < x < 2π/3 또는 3π/2 < x < 5π/3 입니다. 😄
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💡 참고
삼각부등식을 풀 때도 삼각방정식과 마찬가지로, 주어진 x의 범위를 꼭 확인해야 해요! 🧐 만약 범위가 주어지지 않았다면 일반해의 형태로 답을 써야 하겠지만, 대부분의 문제에서는 특정 범위를 제시해 준답니다.
그리고 삼각함수 그래프의 주기성을 잘 이해하고 있다면, 하나의 주기 내에서 해를 구한 다음, 그 해에 주기의 정수배(2nπ 또는 nπ)를 더하거나 빼서 다른 범위의 해도 유추할 수 있어요. 하지만 그래프를 직접 그려서 눈으로 확인하는 것이 가장 확실한 방법이랍니다!
탄젠트 함수의 경우, 점근선 때문에 해의 범위가 여러 구간으로 나뉘어 나올 수 있다는 점도 기억해주세요! 점근선에서는 함숫값이 정의되지 않으니까요. 😉