꼭짓점이 구간 밖이면, 최솟값은 어디서 찾을까?

0≤x≤1에서 x²−2ax+1≥0이 항상 성립할 조건은 a≤1입니다. 꼭짓점 x=a가 구간 밖이면 끝점에서 최솟값을 비교합니다. 정의역을 실수 전체로 바꾼 문제의 답 |a|≤1과 구별해 보세요.

곡선 홈이 맞물리는 목재 퍼즐의 근접 모습

사진: Jpbowen · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

fa(x)=x2−2ax+1,0≤x≤1f_a(x)=x^2-2ax+1,\qquad 0\le x\le1

구간의 모든 x에서 f_a(x)≥0이 되도록 실수 a의 범위를 구하라.

fa(x)=(x−a)2+1−a2f_a(x)=(x-a)^2+1-a^2
a의 범위 구간에서 가장 작은 곳 최솟값
a≤0 x=0 1
0<a<1 x=a 1−a²
a≥1 x=1 2−2a

앞의 두 경우는 모두 조건을 만족한다. 마지막 경우에는 2−2a≥0, 곧 a≤1이어야 한다. 따라서 답은 a≤1이다.

꼭짓점이 구간 안에 있는가?

항상 x=a에서 최솟값을 갖는다고 쓰면 틀린다. a가 구간 밖에 있으면 구간의 끝점에서 비교한다.

정의역을 실수 전체로 바꾼 별도 문제라면 답은 |a|≤1이다. 해외의 꼭짓점 표시 카드 분류를, 같은 식에서 정의역 하나가 답을 바꾸는 비교로 재구성했다.

출처·착안: Quadratic Vertex Form Card Sort. 문항과 풀이는 새로 작성했다.