세 직선의 기울기는 같은데, 왜 하나만 접선일까?

접선에는 기울기와 접점의 위치가 모두 필요함을 세 후보로 분류한다.

강을 가로지르는 현수 보행교와 나란한 난간

사진: DeFacto · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

y=x2A: y=2x−1B: y=2x+1C: y=2x−2 \begin{aligned} y&=x^2\\ \text{A: }y&=2x-1\\ \text{B: }y&=2x+1\\ \text{C: }y&=2x-2 \end{aligned}

기울기가 모두 2인 세 직선 중 접선은 무엇일까?

2x=2⇒x=1,y−1=2(x−1)2x=2\Rightarrow x=1,\qquad y-1=2(x-1)

A만 접선이다. 기울기 2인 접점은 (1,1)이며 그 점을 지나야 한다.

후보 곡선과의 교점 조건 결과
A (x−1)²=0 한 점
B (x−1)²=2 두 점
C (x−1)²=−1 없다

학생이 기울기 2까지 맞혔다면 아직 필요한 점의 좌표를 묻는다. 같은 기울기는 직선의 위치까지 결정하지 않는다.

이번 포물선에서는 교점 방정식으로도 검산할 수 있다. 일반 함수의 접선을 전체 교점 개수만으로 판정하는 규칙으로 확대하지 않는다.

해외 글의 함수값·기울기 구별을, 기울기는 같고 위치만 다른 세 후보 비교로 바꿨다.

출처·착안: Derivative Practice – Graphs. 문항과 풀이는 새로 작성했다.