제곱근 속 a가 음수·0·양수일 때, 그래프는 어떻게 달라질까?

실수 x,y와 a에 대해 y=√(a−x²)를 분류합니다. a<0은 없음, a=0은 (0,0)만, a>0은 −√a≤x≤√a와 0≤y≤√a입니다. 제곱한 식에서도 y≥0을 유지해야 합니다.

잔디 위에 두 금속 팔을 벌려 놓은 컴퍼스

사진: R. Henrik Nilsson · CC BY 4.0 · 원본 출처

y=a−x2,a∈Ry=\sqrt{a-x^2},\qquad a\in\mathbb R

실수 x,y가 가능한 범위를 a에 따라 분류하라.

근호 안의 조건은 x²≤a이고, y≥0이어야 한다.

a의 조건 가능한 x 가능한 y
a<0 없음 없음
a=0 0만 0만
a>0 −√a≤x≤√a 0≤y≤√a

a>0에서 y의 범위가 모두 가능한지도 확인한다.

0≤y≤a⟹x=±a−y2.0\le y\le\sqrt a \quad\Longrightarrow\quad x=\pm\sqrt{a-y^2}.

이 x를 원래의 식에 넣으면 √(y²)=y다. y가 음수가 아니라는 조건을 사용한 것이다.

a=0은 두 끝이 같은 한 점 (0,0)으로 남는다. a<0에서는 실수 x의 제곱이 음수일 수 없어 입력 자체가 없다. a>0의 그래프만 그려 놓고 다른 두 경우를 같은 그림에 포함하지 않는다. 제곱한 식만으로 y의 부호까지 잃지 않았는지 확인한다.

출처·착안: Shaun Carter, 「Quadratic Vertex Form Card Sort」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.