수학 개념 노트전체 과목

삼각함수의 그래프

STEP 1

개념 읽기

번호 순서대로 읽어요. 색 상자는 꼭 외울 것, 점선 상자는 이해만 하면 되는 예시예요.

이 개념에서 배울 것
y=sin⁡xy=\sin x, y=cos⁡xy=\cos x 는 치역이 {y∣−1≤y≤1}\{y\mid -1\le y\le1\} 이고 주기가 2π2\pi 인 주기함수이며, y=tan⁡xy=\tan x 는 주기가 π\pi 이고 점근선이 x=nπ+π2x=n\pi+\dfrac{\pi}{2} 이에요. y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin(bx+c)+d 의 최댓값은 ∣a∣+d|a|+d, 최솟값은 −∣a∣+d-|a|+d, 주기는 2π∣b∣\dfrac{2\pi}{|b|} 이에요.
  1. 1주기함수
  2. 2y=sin⁡xy=\sin x 와 y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프
  3. 3y=tan⁡xy=\tan x 의 그래프
  4. 4y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin(bx+c)+d 꼴의 그래프
  5. ✓한눈에 정리
정의 — 뜻, 외우기성질·공식 — 외우기주의 — 틀리기 쉬운 곳예 — 이해만점선 밑줄 다른 개념과 이어진 말 — 오른쪽 카드(휴대폰은 오른쪽 ‹ 탭)에서 청록 앞 개념 · 주황 뒤 개념형광 핵심 용어

1주기함수

정의주기함수와 주기
함수 f(x)f(x) 의 정의역에 속하는 모든 xx 에 대하여 f(x+p)=f(x)f(x+p)=f(x) 를 만족시키는 00 이 아닌 상수 pp 가 존재할 때, 함수 f(x)f(x) 를 주기함수 라 하고, 이러한 pp 중에서 가장 작은 양수를 그 함수의 주기 라 한다.

동경이 한 바퀴(2π2\pi) 돌면 같은 위치로 돌아오므로 sin⁡(x+2π)=sin⁡x\sin(x+2\pi)=\sin x, cos⁡(x+2π)=cos⁡x\cos(x+2\pi)=\cos x 예요. 그래서 y=sin⁡xy=\sin x, y=cos⁡xy=\cos x 의 주기는 2π2\pi 예요.

학생
f(x+p)=f(x)f(x+p)=f(x) 를 만족하는 pp 가 여러 개이면 주기는 뭐예요?
쌤
pp 가 성립하면 2p2p, 3p3p 도 성립해요. 그중 가장 작은 양수가 주기예요. y=sin⁡xy=\sin x 는 4π4\pi 도 성립하지만 주기는 2π2\pi 예요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
모든 실수 xx 에 대하여 f(x+2)=f(x)f(x+2)=f(x) 이고 f(1)=5f(1)=5 일 때 f(7)f(7) 의 값은?
자세히 보기펼치기왜 그런지

그래프는 2π2\pi 간격으로 같은 모양이 되풀이돼요.
f(x+p)=f(x)f(x+p)=f(x) 이면 f(x+2p)=f(x+p)=f(x)f(x+2p)=f(x+p)=f(x) 이므로 2p2p, 3p3p, … 도 모두 성립해요. 주기는 그중 가장 작은 양수예요.

2y=sin⁡xy=\sin x 와 y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프

단위원 위의 점 PP 에 대하여 동경 OPOP 가 나타내는 각의 크기를 xx (라디안)라 하면 점 PP 의 좌표는 (cos⁡x, sin⁡x)(\cos x,\ \sin x) 이에요.
각 xx 를 가로축에, PP 의 yy 좌표 sin⁡x\sin x 를 세로축에 옮겨 찍은 것이 y=sin⁡xy=\sin x 의 그래프이고, xx 좌표 cos⁡x\cos x 를 옮겨 찍은 것이 y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프예요.
호도법을 쓰므로 각 xx 는 실수이고, 삼각함수는 실수 전체에서 정의된 함수가 돼요.

한 주기의 값
xx00π2\frac{\pi}{2}π\pi3π2\frac{3\pi}{2}2π2\pi
sin⁡x\sin x001100−1-100
cos⁡x\cos x1100−1-10011
sin⁡x\sin x 는 원점에서 출발하여 올라가고, cos⁡x\cos x 는 최댓값 11 에서 출발하여 내려가요.
공식y=sin⁡xy=\sin x 와 y=cos⁡xy=\cos x 의 성질
정의역
실수 전체의 집합\displaystyle \text{실수 전체의 집합}
치역
{y∣−1≤y≤1}\displaystyle \{y\mid -1\le y\le1\}
단위원 위의 점의 좌표이므로 −1-1 이상 11 이하이다.
주기
2π\displaystyle 2\pi
y=sin⁡xy=\sin x 의 대칭
원점에 대하여 대칭\displaystyle \text{원점에 대하여 대칭}
sin⁡(−x)=−sin⁡x\sin(-x)=-\sin x
y=cos⁡xy=\cos x 의 대칭
y 축에 대하여 대칭\displaystyle y\text{ 축에 대하여 대칭}
cos⁡(−x)=cos⁡x\cos(-x)=\cos x
학생
y=sin⁡xy=\sin x 와 y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프는 어떤 관계예요?
쌤
모양이 같아요. y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프는 y=sin⁡xy=\sin x 의 그래프를 xx 축의 방향으로 −π2-\dfrac{\pi}{2} 만큼 평행이동한 거예요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프에 대한 설명으로 옳은 것은?
자세히 보기펼치기왜 그런지그림

두 그래프를 비교하면 y=cos⁡xy=\cos x 의 그래프는 y=sin⁡xy=\sin x 의 그래프를 xx 축의 방향으로 −π2-\dfrac{\pi}{2} 만큼 평행이동한 거예요.
즉, cos⁡x=sin⁡(x+π2)\cos x=\sin\left(x+\dfrac{\pi}{2}\right)
그래서 두 그래프의 모양은 같고, 출발점만 달라요.

3y=tan⁡xy=\tan x 의 그래프

xx 가 π2\dfrac{\pi}{2} 에 가까워지면 그래프는 직선 x=π2x=\dfrac{\pi}{2} 에 한없이 가까워지지만 만나지 않아요. 이런 직선을 그래프의 점근선이라 해요.

공식y=tan⁡xy=\tan x 의 성질
정의역
{x | x≠nπ+π2}\displaystyle \left\{x\ \middle|\ x\ne n\pi+\frac{\pi}{2}\right\}
nn 은 정수, cos⁡x=0\cos x=0 인 곳을 뺀다.
치역
실수 전체의 집합\displaystyle \text{실수 전체의 집합}
주기
π\displaystyle \pi
대칭
원점에 대하여 대칭\displaystyle \text{원점에 대하여 대칭}
tan⁡(−x)=−tan⁡x\tan(-x)=-\tan x
점근선
x=nπ+π2\displaystyle x=n\pi+\frac{\pi}{2}
…, x=−π2, x=π2, x=3π2, …\dots,\ x=-\dfrac{\pi}{2},\ x=\dfrac{\pi}{2},\ x=\dfrac{3\pi}{2},\ \dots
학생
y=tan⁡xy=\tan x 의 그래프는 왜 끊어져 있어요?
쌤
tan⁡x\tan x 는 동경의 기울기라서 x=π2x=\dfrac{\pi}{2} 처럼 동경이 yy 축과 겹치면 정의되지 않아요. 그 직선이 점근선이고, 그래프는 π\pi 마다 되풀이돼요.
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
y=tan⁡xy=\tan x 의 점근선이 아닌 것은?
tan⁡\tan 의 주기
✗ 틀린 풀이
y=tan⁡xy=\tan x 의 주기는 2π2\pi
왜 틀렸나 주기는 f(x+p)=f(x)f(x+p)=f(x) 를 만족하는 가장 작은 양수 pp 이므로 tan⁡x\tan x 의 주기는 π\pi 이다.
✓ 바른 풀이
y=tan⁡xy=\tan x 의 주기는 π\pi
tan⁡(x+2π)=tan⁡x\tan(x+2\pi)=\tan x 도 성립하지만, 주기는 가장 작은 양수예요.
tan⁡(x+π)=tan⁡x\tan(x+\pi)=\tan x 이므로 주기는 π\pi 이에요.
자세히 보기펼치기왜 그런지

tan⁡x\tan x 는 동경 OPOP 의 기울기예요.
xx 가 π2\dfrac{\pi}{2} 에 가까워지면 동경이 yy 축에 가까워져 기울기의 절댓값이 한없이 커져요.
동경이 π\pi 만큼 돌면 원점에 대하여 대칭인 위치가 되고, 기울기는 그대로이므로
tan⁡(x+π)=tan⁡x\tan(x+\pi)=\tan x

4y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin(bx+c)+d 꼴의 그래프

y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin(bx+c)+d 꼴의 그래프는 aa, bb, dd 를 보고 최댓값·최솟값·주기를 읽어요.

공식최댓값·최솟값·주기
y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin(bx+c)+d
최댓값 ∣a∣+d,최솟값 −∣a∣+d,주기 2π∣b∣\displaystyle \text{최댓값 }|a|+d,\quad\text{최솟값 }-|a|+d,\quad\text{주기 }\frac{2\pi}{|b|}
y=acos⁡(bx+c)+dy=a\cos(bx+c)+d
최댓값 ∣a∣+d,최솟값 −∣a∣+d,주기 2π∣b∣\displaystyle \text{최댓값 }|a|+d,\quad\text{최솟값 }-|a|+d,\quad\text{주기 }\frac{2\pi}{|b|}
y=atan⁡(bx+c)+dy=a\tan(bx+c)+d
최댓값⋅최솟값 없음,주기 π∣b∣\displaystyle \text{최댓값·최솟값 없음},\quad\text{주기 }\frac{\pi}{|b|}
평행이동
x 축 방향 −cb,y 축 방향 d\displaystyle x\text{ 축 방향 }-\frac{c}{b},\quad y\text{ 축 방향 }d
y=asin⁡bxy=a\sin bx 를 기준으로 한다.
학생
cc 는 아무 영향이 없어요?
쌤
cc 는 그래프를 좌우로 옮길 뿐이라 최댓값·최솟값·주기는 바뀌지 않아요. 옮긴 양은 b(x+cb)b\left(x+\dfrac{c}{b}\right) 로 묶은 뒤 읽어요.
y=−2sin⁡x2+3y=-2\sin\dfrac{x}{2}+3
∣a∣=2, d=3|a|=2,\ d=3
최댓값 2+3=5,최솟값 −2+3=1\text{최댓값 }2+3=5,\quad \text{최솟값 }-2+3=1
주기 2π÷12=4π\text{주기 }2\pi\div\dfrac{1}{2}=4\pi
↳b=12b=\frac{1}{2}
y=3tan⁡(2x+π2)y=3\tan\left(2x+\dfrac{\pi}{2}\right)
2x+π2=2(x+π4)2x+\dfrac{\pi}{2}=2\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right)
↳괄호 안을 묶어요
주기 π2\text{주기 }\dfrac{\pi}{2}
↳tan⁡\tan 는 π∣b∣\dfrac{\pi}{|b|}, 최댓값·최솟값은 없어요
y=3tan⁡2x → x 축 방향 −π4y=3\tan2x\ \to\ x\text{ 축 방향 }-\dfrac{\pi}{4}
↳평행이동
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
y=3cos⁡2x−1y=3\cos 2x-1 의 최댓값과 주기는?
평행이동한 양은 묶은 뒤에 읽는다
✗ 틀린 풀이
y=sin⁡(2x−π3)y=\sin\left(2x-\dfrac{\pi}{3}\right) 는 y=sin⁡2xy=\sin2x 를 xx 축의 방향으로 π3\dfrac{\pi}{3} 만큼 평행이동한 것이다.
왜 틀렸나 평행이동한 양은 xx 의 계수로 묶어 x−mx-m 꼴로 만든 뒤 mm 으로 읽어야 한다.
✓ 바른 풀이
2x−π3=2(x−π6)2x-\dfrac{\pi}{3}=2\left(x-\dfrac{\pi}{6}\right)
따라서 xx 축의 방향으로 π6\dfrac{\pi}{6} 만큼 평행이동한 것이다.
평행이동은 xx 대신 x−mx-m 을 넣는 거예요. xx 의 계수 22 로 묶어야 mm 이 보여요.
검산: x=π6x=\dfrac{\pi}{6} 를 넣으면 sin⁡(2×π6−π3)=sin⁡0\sin\left(2\times\dfrac{\pi}{6}-\dfrac{\pi}{3}\right)=\sin0 이므로 출발점이 π6\dfrac{\pi}{6} 로 옮겨졌어요.
aa 가 음수일 때의 최댓값
✗ 틀린 풀이
y=−2cos⁡x+1y=-2\cos x+1 의 최댓값
−2+1=−1-2+1=-1
왜 틀렸나 y=acos⁡x+dy=a\cos x+d 의 최댓값은 ∣a∣+d|a|+d 이므로 aa 가 음수이면 cos⁡x=−1\cos x=-1 일 때 최대이다.
✓ 바른 풀이
y=−2cos⁡x+1y=-2\cos x+1 의 최댓값
∣−2∣+1=3|-2|+1=3
cos⁡x=−1\cos x=-1 일 때 y=−2×(−1)+1=3y=-2\times(-1)+1=3 이 가장 커요. 최솟값은 −∣−2∣+1=−1-|-2|+1=-1 이에요.
aa 의 부호는 그래프를 위아래로 뒤집을 뿐, 최댓값과 최솟값은 ∣a∣|a| 로 정해져요.
주기는 양수
✗ 틀린 풀이
y=sin⁡(−2x)y=\sin(-2x) 의 주기
2π−2=−π\dfrac{2\pi}{-2}=-\pi
왜 틀렸나 주기는 양수이므로 y=sin⁡bxy=\sin bx 의 주기는 2π∣b∣\dfrac{2\pi}{|b|} 로 구해야 한다.
✓ 바른 풀이
y=sin⁡(−2x)y=\sin(-2x) 의 주기
2π∣−2∣=π\dfrac{2\pi}{|-2|}=\pi
주기는 가장 작은 「양수」 pp 이므로 ∣b∣|b| 로 나눠요.
자세히 보기펼치기왜 그런지예제 3외우기 카드
−1≤sin⁡(bx+c)≤1-1\le\sin(bx+c)\le1
↳sin⁡\sin 의 값의 범위
−∣a∣≤asin⁡(bx+c)≤∣a∣-|a|\le a\sin(bx+c)\le|a|
↳각 변에 aa 를 곱해요
−∣a∣+d≤y≤∣a∣+d-|a|+d\le y\le|a|+d
↳각 변에 dd 를 더해요
왜 그런가 (주기)
sin⁡{b(x+2πb)}=sin⁡(bx+2π)=sin⁡bx\sin\left\{b\left(x+\dfrac{2\pi}{b}\right)\right\}=\sin(bx+2\pi)=\sin bx
↳b>0b>0: 2πb\frac{2\pi}{b} 마다 되풀이
주기=2π∣b∣\text{주기}=\dfrac{2\pi}{|b|}
↳b<0b<0 일 때도 같은 방법
왜 그런가 (평행이동)
bx+c=b(x+cb)bx+c=b\left(x+\dfrac{c}{b}\right)
↳xx 의 계수로 묶어요
y=asin⁡bx → y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin bx\ \to\ y=a\sin(bx+c)+d
↳xx 축 방향 −cb-\frac{c}{b}, yy 축 방향 dd
주기 떠올리기

□ 에 들어갈 것을 종이에 써 보고 「정답 보기」로 확인하세요. 맞혔으면 「더 가리기」로 넘어가요. 마지막 단계는 오른쪽 전체를 가려요.

단계 1 / 2cos⁡\cos 도 같다.
y=asin⁡(bx+c)+d 의 주기=□∣b∣y=a\sin(bx+c)+d\ \text{의 주기}=\frac{\square}{|b|}
단계 1 / 2
y=atan⁡(bx+c)+d 의 주기=□∣b∣y=a\tan(bx+c)+d\ \text{의 주기}=\frac{\square}{|b|}
그래프의 성질 읽기
  1. 1
    괄호 안을 xx 의 계수로 묶어요.
    bx+c=b(x+cb)bx+c=b\left(x+\dfrac{c}{b}\right)
  2. 2
    주기를 구해요.
    sin⁡\sin, cos⁡\cos 는 2π∣b∣\dfrac{2\pi}{|b|}, tan⁡\tan 는 π∣b∣\dfrac{\pi}{|b|}
  3. 3
    최댓값과 최솟값을 구해요.
    ∣a∣+d|a|+d 와 −∣a∣+d-|a|+d (tan⁡\tan 는 없어요)
  4. 4
    평행이동한 양을 읽어요.
    xx 축 방향으로 −cb-\dfrac{c}{b}, yy 축 방향으로 dd
  5. 5
    특정한 xx 의 값을 넣어 최댓값이나 yy 절편이 맞는지 확인해요.
    검산
한눈에 정리
이것만은 꼭 기억하세요. 읽은 내용을 떠올리며 하나씩 확인해 보세요.
  1. 1y=sin⁡xy=\sin x, y=cos⁡xy=\cos x
    치역 {y∣−1≤y≤1}\{y\mid -1\le y\le1\}, 주기 2π2\pi
  2. 2y=tan⁡xy=\tan x
    주기 π\pi, 점근선 x=nπ+π2x=n\pi+\dfrac{\pi}{2} (nn 은 정수)
  3. 3y=asin⁡(bx+c)+dy=a\sin(bx+c)+d, y=acos⁡(bx+c)+dy=a\cos(bx+c)+d
    최댓값 ∣a∣+d|a|+d, 최솟값 −∣a∣+d-|a|+d, 주기 2π∣b∣\dfrac{2\pi}{|b|}
  4. 4y=atan⁡(bx+c)+dy=a\tan(bx+c)+d
    최댓값·최솟값은 없고, 주기 π∣b∣\dfrac{\pi}{|b|}
✗ 자주 하는 실수
  • y=sin⁡(2x−π3)y=\sin\left(2x-\dfrac{\pi}{3}\right) 를 xx 축의 방향으로 π3\dfrac{\pi}{3} 만큼 평행이동한 것으로 읽어요. xx 의 계수로 묶으면 π6\dfrac{\pi}{6} 이에요.
  • y=−2cos⁡x+1y=-2\cos x+1 의 최댓값을 −2+1-2+1 로 계산해요. 최댓값은 ∣a∣+d|a|+d 이에요.
  • y=tan⁡xy=\tan x 의 주기를 sin⁡\sin, cos⁡\cos 처럼 2π2\pi 로 쓰거나, y=atan⁡bxy=a\tan bx 의 주기를 2π∣b∣\dfrac{2\pi}{|b|} 로 써요.
STEP 2

예제로 익히기

풀이를 보기 전에 먼저 직접 풀어 보고, 한 단계씩 펼쳐 확인하세요.

  1. 예제 1
    함수 y=3sin⁡2x−1y=3\sin2x-1 의 최댓값, 최솟값, 주기를 구하시오.
  2. 예제 2
    함수 y=−2cos⁡(3x−π)+1y=-2\cos(3x-\pi)+1 의 최댓값, 최솟값, 주기를 구하고, 이 그래프는 y=−2cos⁡3xy=-2\cos3x 의 그래프를 어떻게 평행이동한 것인지 구하시오.
  3. 예제 3
    함수 y=asin⁡bx+cy=a\sin bx+c 의 최댓값이 55, 최솟값이 −1-1, 주기가 π\pi 일 때, 상수 aa, bb, cc 에 대하여 a+b+ca+b+c 의 값을 구하시오. (단, a>0a>0, b>0b>0)

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