홈 › 수능수학 › 미분 | f(x)=x³ 미분하면 왜 3x²가 될까? – 수능수학 완전 분석
수능수학

미분 | f(x)=x³ 미분하면 왜 3x²가 될까? – 수능수학 완전 분석

f(x)=x³ 미분하면 왜 3x²가 될까? 그래프
y = f(x) 그래프 | 미분 개념 시각화
🔊 읽는 법: f'(x) = 에프 프라임 엑스
💡 노란색 배경 단어를 클릭하면 자세한 설명이 바로 펼쳐집니다!

이 문제는 마법 같은 상자에 어떤 숫자를 넣었을 때, 그 숫자가 얼마나 빠르게 변하는지 알아내는 문제란다. 초등학생 친구가 놀이공원에서 롤러코스터를 탈 때 가장 빠른 순간이 언제인지 궁금해하는 것처럼 말이야!

우리는 이 문제를 통해 3제곱이라는 거대한 상자가 미분이라는 마법을 만나 어떻게 3배의 제곱으로 변신하는지 그 비밀을 아주 쉽게 파헤쳐 볼 거야.

📌 오늘의 수능 문제

주어진 함수
f(x) = x³
입력값 x를 넣으면 세 번 곱해주는 마법의 상자야.
에 대하여, 순간적인 변화율을 뜻하는
f'(x)
함수를
미분
변화하는 속도를 구하는 마법이야
하여 얻은 도함수란다.
를 구하시오.

◄ 역추적 1단계: 정답 확인

여행 목적지 표지판 비유

마치 신나게 여행을 떠나기 전, 저 멀리 목적지까지 얼마 남았는지 알려주는 선명한 표지판을 먼저 확인하는 것과 같단다. 우리가 마침내 도달할 정답인 3x²이 바로 그 표지판이야.
여기서
도함수
원래 함수
f(x)
입력에 따른 출력값을 주는 규칙
f(x)=x³ 미분하면 왜 3x²가 될까? 그래프
의 모든 순간 기울기를 알려주는 새로운 수식이야.
는 원래 있던 지수인 3이 앞으로 톡 튀어나오고, 위쪽 지수는 3에서 1이 줄어들어 2가 되는 마법 같은 규칙을 가지고 있어.
구체적인 예시로 x에 2를 대입해 보면, 원래 식 f(2) = 2×2×2 = 8이지만, 정답 식인 3x²에 대입하면 3×(2²) = 3×4 = 12라는 아주 놀라운 순간 변화 속도를 얻을 수 있지!

1단계 계산 및 결과 비교표

입력값 x 원래 함수 f(x) = x³ 값 도함수 f'(x) = 3x² 값
x = 113
x = 2812
x = 32727
핵심 포인트: 최종 정답 3x²은 입력한 숫자에 따라 변화하는 속도가 얼마나 빠른지 알려주는 만능 표지판이다.

◄ 역추적 2단계: 미분 정의

자동차 속도계 비유

서울에서 부산까지 갈 때 걸린 전체 시간을 나누면 평균 속도가 되지만, 자동차 앞버전에 있는 속도계는 ‘지금 이 순간’ 얼마로 달리는지 보여주잖아? 이 순간 속도를 구하는 게 바로 미분이야.
수학에서는 이 순간을 구하기 위해
극한
한없이 어떤 값에 다가가는 상태를 뜻하는
lim
Limit의 약자로 0에 몹시 가까이 보낸다는 뜻이야
극한과 미분 정의
미분 개념 다이어그램
기호와 함께 아주아주 작은 간격인 h를 0으로 보낸단다.
식으로 쓰면 f'(x) = lim (f(x+h) – f(x)) / h 가 되지.

여기에 x에 아주 작은 변화 h를 더해서 계산하면, 점 두 사이의 평균 변화율을 구한 뒤 간격을 0으로 좁히는 엄청난 마법이 완성되는 거야.
만약 x=2이고 h가 0.1이라면, (2.1함수값 – 2함수값) ÷ 0.1 을 통해 거의 12에 근접한 값을 눈으로 직접 확인할 수 있어!

2단계 극한 간격 줄이기 표

간격 h 크기 평균 변화율 계산 식 대입 결과 값
h = 1((2+1)³ – 2³) / 1 = (27-8)/119
h = 0.1((2+0.1)³ – 2³) / 0.112.61
h = 0.01((2+0.01)³ – 2³) / 0.0112.06
h → 0완벽하게 극한을 적용하면12 (정확한 순간변화율)
핵심 포인트: 미분의 정의는 두 점 사이의 거리를 상상할 수 없을 만큼 0으로 좁혀서 ‘찰나의 속도’를 구하는 것이다.

◄ 역추적 3단계: 계산 전개

레고 조립 및 사탕 나눠주기 비유

커다란 레고 상자를 열어 부품별로 똑똑 분해하고 다시 예쁘게 조립하는 과정이야. (x+h)³ 이라는 거대한 덩어리를
곱셈공식
여러 번 곱해진 식을 다항식으로 풀어헤치는 규칙이야
풀이 단계 다이어그램
을 이용해 활짝 펼쳐주는 거지.
(x+h)³ 은 x³ + 3x²h + 3xh² + h³ 으로 예쁘게 전개된다단다. 여기서 뒤에 있던 원래의 x³을 빼주면 x³끼리 사이좋게 사라지게 돼.
남은 항들을 분모인 h로 하나씩 나누어 주면 3x² + 3xh + h² 이 되고, 여기서 h를 0으로 보내면 뒤에 있는 항들은 눈 녹듯 사라지고 오직 3x²만 남아!

3단계 식 전개 및 소거 과정표

계산 단계 수식 전개 과정 특징
1단계 전개(x+h)³ = x³ + 3x²h + 3xh² + h³곱셈공식 활용
2단계 소거(x³ + 3x²h + 3xh² + h³ – x³) / hx³ 소거 완료
3단계 약분(3x²h + 3xh² + h³) / h = 3x² + 3xh + h²h로 나누기
4단계 극한h → 0 적용 시 3x² + 0 + 0최종 3x² 도달
핵심 포인트: 전개한 식에서 x³을 빼고 h로 나눈 뒤 h를 0으로 보내면 깔끔하게 불필요한 항들이 사라진다.

◄ 역추적 4단계: 핵심 개념

산꼭대기 경사도 및 격자무늬 종이 넓이 비유

가파른 산등성이를 올라갈 때, 발을 디딘 그 지점이 얼마나 가파른지 나타내는
기울기
오르막길이 얼마나 가파른지 알려주는 정도야
기울기와 접선
를 눈으로 보는 것과 같단다.
함수 f(x) = x³ 은 x가 커질수록 위로 엄청나게 빠르게 솟구치는 곡선인데, 이 곡선의 모든 점에서의
접선
곡선에 단 한 점에서 싹 스쳐 지나가는 곧은 직선이야
의 기울기를 구하는 게 미분의 본질이야.
예를 들어 x=3 일 때 산의 가파름 정도는 3 × (3²) = 3 × 9 = 27 이나 되어서, 엄청나게 가파른 절벽처럼 치솟고 있음을 알 수 있어!

4단계 위치별 경사도 비교표

위치 (x좌표) 접선의 기울기 계산 (3x²) 경사 상태
x = 03 × (0²) = 0평평함
x = 13 × (1²) = 3완만한 오르막
x = 23 × (2²) = 12가파른 언덕
x = 33 × (3²) = 27아주 급한 절벽
핵심 포인트: 도함수 3x²은 곡선 위를 걸어갈 때 발밑이 얼마나 가파른지 알려주는 경사도 측정기이다.

◄ 역추적 5단계: 중학교 개념

중학교 좌표평면 그래프 비유

모눈종이 위에 가로축인
x축
좌우 방향을 나타내는 기준선이야
그래프로 이해하기
과 세로축인
y축
위아래 높이를 나타내는 기준선이야
을 그리고 점을 콕콕 찍어서 그림을 그리던 기억 나니?
함수란 x라는 숫자를 넣었을 때 y가 어떻게 대응되는지 보여주는 규칙인데, 중학교 때 배운
함수
짝꿍을 지어주는 마법의 상자 관계야
의 기초가 바로 여기에 기반을 두고 있단다.
여기에 일차함수의 변화율 개념을 확장해서, 곡선 위의 두 점을 연결한 직선의
변화율
x가 변할 때 y가 얼마나 변하는지 비율로 나타낸 것이지
을 구하는 연습을 탄탄하게 해두었기에 고등학교 미분도 거뜬히 해낼 수 있는 거야.

5단계 좌표 점 대응표

좌표 x 대응하는 y값 (x³)
📚 모르는 개념이 있다면

기울기와 극한이란?
약산(h→0)이란?
🎯 최종 정답: 3x²

✏️ 수능수학 개념 확인! 방금 배운 내용으로 테스트

5문제 · 문제를 클릭하면 바로 정답 확인!

Q1. f(x) = x³ 일 때, 도함수 f'(x)를 구하시오.

Q2. 함수 f(x) = x³을 미분할 때 주로 이용되는 관련 수학 개념이 아닌 것은?

Q3. f(x) = x³의 도함수 f'(x) = 3x²에서 x = 1일 때의 값은?

Q4. f(x) = x³의 도함수 f'(x) = 3x²에서 x = 2일 때의 값은?

Q5. f(x) = x³ 식에서 x의 거듭제곱 지수인 3이 미분 과정에서 계수로 내려올 때, 남은 x의 지수는 얼마가 되는가?