280 삼각함수의 그래프 (3) 탄젠트함수 y = tan x: 독특한 매력의 곡선! 🎢
⭐ 핵심만정리
마지막 삼각함수 그래프, 탄젠트함수 y = tan x의 특징을 알아봐요! 사인, 코사인과는 또 다른 독특한 매력이 있답니다! 🧐
- 정의역: x ≠ nπ + π/2 (n은 정수)인 모든 실수예요. (즉, cos x = 0이 되는 지점은 제외!)
- 치역: y값은 어떤 실수든 가능해요! 즉, 실수 전체의 집합. (최댓값, 최솟값 없음!)
- 주기: 똑같은 모양이 π (또는 180°) 마다 반복돼요! 즉, 주기가 π인 주기함수예요. (tan(x + nπ) = tan x, n은 정수) (사인, 코사인보다 주기가 짧아요!)
- 대칭성: 그래프가 원점에 대하여 대칭이에요 (기함수). (tan(-x) = -tan x)
- 점근선: 그래프가 한없이 가까워지지만 만나지는 않는 직선, 바로 x = nπ + π/2 (n은 정수) 들이에요. 이 점근선을 기준으로 그래프가 반복된답니다!
탄젠트함수 그래프는 점근선을 따라 위아래로 쭉 뻗어 나가는 S자 모양의 곡선이 반복되는 형태예요! 🐍
📚 개념정리
안녕, 그래프 탐험의 마지막 여정에 온 친구들! 🚀 오늘은 삼각함수 삼총사의 마지막 주자, ‘탄젠트함수’ y = tan x 에 대해 알아볼 거예요. 탄젠트함수는 사인, 코사인함수와는 또 다른 아주 독특하고 개성 넘치는 그래프 모양을 가지고 있답니다! 함께 그 매력을 탐구해 봅시다! 😊
탄젠트함수 그래프는 어떻게 생겼을까? 🎨
탄젠트함수 y = tan x의 그래프도 각 x (라디안 값!)에 대한 tan x 값을 좌표평면에 점으로 찍어서 연결하면 돼요.
단위 원(반지름이 1인 원) 위의 점 P(x, y)에 대해 tan θ = y/x 라고 했던 것 기억나죠? (단, x ≠ 0)
여기서 중요한 점! x=0일 때, 즉 동경 OP가 y축 위에 있을 때 (예: θ = π/2, 3π/2, …)는 분모가 0이 되므로 tan θ 값은 정의되지 않아요. 이 지점들이 바로 탄젠트함수 그래프의 ‘점근선’이 된답니다!
(동경 OP의 기울기가 tan x 값이 되며,
x=0일 때 점근선 발생함을 보여주는 그림)
각 x가 -π/2에서 π/2까지 변할 때 (한 주기), tan x 값은 다음과 같이 변해요.
- x가 -π/2에 오른쪽에서 가까워지면 (x → (-π/2)+), tan x → -∞ (음의 무한대로!)
- x=0일 때 tan 0 = 0 (원점을 지나요!)
- x=π/4 (45°)일 때 tan(π/4) = 1
- x가 π/2에 왼쪽에서 가까워지면 (x → (π/2)–), tan x → +∞ (양의 무한대로!)
이 점들을 부드럽게 연결하면, 원점을 지나고 점근선 x = -π/2와 x = π/2 사이에서 위아래로 쭉 뻗어 나가는 S자 모양의 곡선이 나타나요. 그리고 이 모양이 주기 π마다 반복된답니다!
(원점 지나는 S자 곡선, 점근선 x=±π/2)
탄젠트함수 y = tan x의 중요한 성질들! 📜
- 정의역은 x ≠ nπ + π/2 (n은 정수)인 모든 실수예요.
점근선이 되는 지점들에서는 함숫값이 정의되지 않아요. - 치역은 실수 전체의 집합이에요.
그래프가 위아래로 한없이 뻗어 나가므로, y값은 어떤 실수든 가질 수 있어요. (최댓값, 최솟값은 없답니다!) - 주기가 π인 주기함수예요.
사인, 코사인함수의 주기는 2π였지만, 탄젠트함수의 주기는 π (180°)로 더 짧아요! 즉, tan(x + nπ) = tan x (단, n은 정수) 와 같아요. - 원점에 대하여 대칭인 그래프예요 (기함수).
그래프를 원점을 중심으로 180° 회전시키면 원래 그래프와 똑같이 겹쳐져요! 이것은 tan(-x) = -tan x 라는 성질로 나타낼 수 있답니다. (사인함수와 같아요!) - 점근선은 직선 x = nπ + π/2 (n은 정수) 들이에요.
이 직선들에 그래프가 한없이 가까워지지만 만나지는 않는답니다.
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✅ 개념확인
✏️ 문제: 탄젠트함수 y = tan x에 대한 다음 설명 중 옳은 것을 모두 고르시오.
① 치역은 {y | -1 ≤ y ≤ 1}이다.
② 주기는 2π이다.
③ 그래프는 y축에 대하여 대칭이다.
④ 점근선의 방정식은 x = nπ (n은 정수)이다.
⑤ 정의역은 x = nπ + π/2 (n은 정수)를 제외한 모든 실수이다.
💡 풀이:
탄젠트함수의 성질을 하나씩 살펴봅시다!
- ① 치역은 {y | -1 ≤ y ≤ 1}이다. (옳지 않음! 탄젠트함수의 치역은 실수 전체예요.)
- ② 주기는 2π이다. (옳지 않음! 탄젠트함수의 주기는 π예요.)
- ③ 그래프는 y축에 대하여 대칭이다. (옳지 않음! 탄젠트함수 그래프는 원점에 대하여 대칭이에요. y축 대칭인 것은 코사인함수죠!)
- ④ 점근선의 방정식은 x = nπ (n은 정수)이다. (옳지 않음! 점근선의 방정식은 x = nπ + π/2 예요.)
- ⑤ 정의역은 x = nπ + π/2 (n은 정수)를 제외한 모든 실수이다. (옳음!)
따라서 옳은 것은 ⑤번 입니다! 😄
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💡 참고
탄젠트함수 y = tan x는 tan x = sin x / cos x 관계를 이용해서도 그 특징을 이해할 수 있어요! 🤔
- 점근선이 생기는 이유: 분모인 cos x가 0이 될 때 tan x 값은 정의되지 않겠죠? cos x = 0이 되는 지점이 바로 x = nπ + π/2 (n은 정수) 이고, 이 지점들이 탄젠트함수의 점근선이 되는 거랍니다!
- 주기가 π인 이유: sin(x+π) = -sin x 이고 cos(x+π) = -cos x 이므로,
tan(x+π) = sin(x+π) / cos(x+π) = (-sin x) / (-cos x) = sin x / cos x = tan x 가 돼요.
즉, π만큼 각이 변해도 탄젠트 값은 원래대로 돌아오므로 주기가 π가 되는 것이죠!
이렇게 다른 삼각함수와의 관계를 생각해보면 탄젠트함수의 독특한 성질들을 더 깊이 이해할 수 있을 거예요! 😉