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2026년 11월 14일 ~ 15일 시험까지:
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单调性dāndiàoxìng

단조성
4분 읽기
업데이트 2025년 1월 24일
완료

핵심 개념

단조성은 함수가 어떤 구간에서 항상 증가하는지 또는 항상 감소하는지를 나타낸다. 어떤 구간에서 함수가 전체적으로 증가만 하거나 감소만 하면, 그 함수는 해당 구간에서 단조적이라고 한다.

정의

증가함수 (递增函数)

함수 ff가 구간 II에서 단조증가한다는 것은: ∀x1,x2∈I:x1<x2⇒f(x1)<f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) < f(x_2)

동치 표현: 더 큰 입력 → 더 큰 출력.

감소함수 (递减函数)

함수 ff가 구간 II에서 단조감소한다는 것은: ∀x1,x2∈I:x1<x2⇒f(x1)>f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) > f(x_2)

동치 표현: 더 큰 입력 → 더 작은 출력.

비엄밀 단조성

  • 단조비감소: x1<x2⇒f(x1)≤f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \leq f(x_2)
  • 단조비증가: x1<x2⇒f(x1)≥f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \geq f(x_2)

단조성 판별법

방법 1: 정의법 (定义法)

  1. 구간 내에서 임의의 x1,x2x_1, x_2를 x1<x2x_1 < x_2로 설정
  2. f(x1)−f(x2)f(x_1) - f(x_2)를 계산
  3. 차의 부호를 판별:
    • 항상 음수 → 단조증가
    • 항상 양수 → 단조감소

예제: f(x)=x2f(x) = x^2가 (0,+∞)(0, +\infty)에서 단조증가함을 증명하라.

0<x1<x20 < x_1 < x_2일 때: f(x1)−f(x2)=x12−x22=(x1−x2)(x1+x2)f(x_1) - f(x_2) = x_1^2 - x_2^2 = (x_1 - x_2)(x_1 + x_2)

x1<x2x_1 < x_2이므로: (x1−x2)<0(x_1 - x_2) < 0 x1,x2>0x_1, x_2 > 0이므로: (x1+x2)>0(x_1 + x_2) > 0

따라서: f(x1)−f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, 즉 f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

결론: f(x)=x2f(x) = x^2는 (0,+∞)(0, +\infty)에서 단조증가한다.

방법 2: 도함수법 (导数法)

미분 가능한 함수에 대해:

  • 구간 II에서 f′(x)>0f'(x) > 0 → ff는 II에서 단조증가
  • 구간 II에서 f′(x)<0f'(x) < 0 → ff는 II에서 단조감소

예제: f(x)=x3−3xf(x) = x^3 - 3x의 단조구간을 구하라.

f′(x)=3x2−3=3(x2−1)=3(x−1)(x+1)f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x-1)(x+1)

  • f′(x)>0f'(x) > 0: x<−1x < -1 또는 x>1x > 1일 때
  • f′(x)<0f'(x) < 0: −1<x<1-1 < x < 1일 때

단조구간:

  • 증가: (−∞,−1)(-\infty, -1) 및 (1,+∞)(1, +\infty)
  • 감소: (−1,1)(-1, 1)

주요 함수의 단조성

함수증가 구간감소 구간
y=kx+by = kx + b (k>0k > 0)(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)—
y=kx+by = kx + b (k<0k < 0)—(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)
y=x2y = x^2[0,+∞)[0, +\infty)(−∞,0](-\infty, 0]
y=1xy = \dfrac{1}{x}—(−∞,0)(-\infty, 0), (0,+∞)(0, +\infty)
y=xy = \sqrt{x}[0,+∞)[0, +\infty)—
y=axy = a^x (a>1a > 1)(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)—
y=axy = a^x (0<a<10 < a < 1)—(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)

CSCA 연습 문제

💡 참고: 다음 연습 문제는 CSCA 시험 시라버스를 바탕으로 설계되었습니다.

예시 1: 기초 (난이도 ★★☆☆☆)

f(x)=−x2+4xf(x) = -x^2 + 4x의 단조구간을 구하시오.

해설:

f(x)=−(x2−4x)=−(x−2)2+4f(x) = -(x^2 - 4x) = -(x - 2)^2 + 4

이것은 꼭짓점이 x=2x = 2인 아래로 볼록한 포물선이다.

  • 증가: (−∞,2](-\infty, 2]
  • 감소: [2,+∞)[2, +\infty)

정답: (−∞,2](-\infty, 2]에서 증가, [2,+∞)[2, +\infty)에서 감소


예제 2: 중급 (난이도 ★★★☆☆)

f(x)=xx+1f(x) = \dfrac{x}{x+1}이 (−1,+∞)(-1, +\infty)에서 단조증가함을 증명하시오.

해설:

−1<x1<x2-1 < x_1 < x_2로 놓자.

f(x1)−f(x2)=x1x1+1−x2x2+1f(x_1) - f(x_2) = \dfrac{x_1}{x_1+1} - \dfrac{x_2}{x_2+1}

=x1(x2+1)−x2(x1+1)(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1(x_2+1) - x_2(x_1+1)}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1x2+x1−x1x2−x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1x_2 + x_1 - x_1x_2 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1−x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

x1<x2x_1 < x_2이므로: 분자 <0< 0 x1,x2>−1x_1, x_2 > -1이므로: (x1+1)(x2+1)>0(x_1+1)(x_2+1) > 0

따라서: f(x1)−f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, 즉 f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

결론: f(x)f(x)는 (−1,+∞)(-1, +\infty)에서 단조증가한다.


예제 3: 고급 (난이도 ★★★★☆)

f(x)=x2−2ax+1f(x) = x^2 - 2ax + 1이 [1,+∞)[1, +\infty)에서 단조증가일 때, aa의 범위를 구하시오.

해설:

f(x)=(x−a)2+1−a2f(x) = (x - a)^2 + 1 - a^2

꼭짓점은 x=ax = a에 있다.

f(x)f(x)가 [1,+∞)[1, +\infty)에서 단조증가하려면 꼭짓점이 x=1x = 1 이하에 위치해야 한다.

따라서: a≤1a \leq 1

정답: a≤1a \leq 1, 즉 (−∞,1](-\infty, 1]

단조함수의 성질

1. 합성 법칙

ffggf∘gf \circ g
증가증가증가
증가감소감소
감소증가감소
감소감소증가

암기 요령: "같으면 증가, 다르면 감소" (同增异减)

2. 역함수

ff가 순단조이면, f−1f^{-1}이 존재하며 ff와 같은 단조성을 가진다.

흔한 실수

❌ 실수 1: 단조구간과 정의역 혼동

틀림: y=1xy = \dfrac{1}{x}는 (−∞,+∞)(-\infty, +\infty)에서 단조감소 ✗

맞음: y=1xy = \dfrac{1}{x}는 (−∞,0)(-\infty, 0)과 (0,+∞)(0, +\infty)에서 각각 단조감소 ✓

❌ 실수 2: 분리된 구간 합치기

틀림: y=1xy = \dfrac{1}{x}는 (−∞,0)∪(0,+∞)(-\infty, 0) \cup (0, +\infty)에서 단조감소 ✗

맞음: 구간을 분리하여 표기: (−∞,0)(-\infty, 0)에서 감소, (0,+∞)(0, +\infty)에서 감소 ✓

❌ 실수 3: 증명 시 경계 조건 무시

단조성을 증명할 때, x1<x2x_1 < x_2가 모두 지정된 구간 내에 있는지 확인해야 한다.

학습 팁

  1. ✅ 정의 숙달: x1<x2x_1 < x_2이면 f(x1)f(x_1)과 f(x2)f(x_2)의 관계는?
  2. ✅ 기본 함수 암기: 표준 함수들의 단조성을 외우기
  3. ✅ 도함수 활용: 복잡한 함수는 도함수법이 더 빠름
  4. ✅ 분리된 구간은 합치지 말 것: 각 구간을 따로 표기

💡 시험 팁: 이차함수는 항상 꼭짓점을 먼저 구하세요. 단조성은 꼭짓점에서 바뀝니다!

실제 시험에서는 이렇게 출제됩니다

이 용어가 나온 실제 CSCA 기출문제입니다. 답을 펼치기 전에 먼저 직접 풀어 보세요.

  1. CSCA Math December 2025 Past Paper
    Which of the following functions is increasing?
    • A.y=log⁡0.5xy=\log_{0.5}x
    • B.y=(13)xy=\left(\frac{1}{3}\right)^x
    • C.y=2x+1y=2x+1
    • D.y=sin⁡xy=\sin x
    정답 및 풀이 보기

    정답: C

    Answer: C y=2x+1y=2x+1 is a linear function with positive slope, so it is increasing. Choose C.
    CSCA Math December 2025 Past Paper 전체에서 보기
  2. CSCA Math April 2026 Past Paper
    Which function is decreasing on (−∞,+∞)( - \infty , + \infty ) ?
    • A.y=−x+5y = - x + 5
    • B.y=x3y = x ^ { 3 }
    • C.y=x2+1y = x ^ { 2 } + 1
    • D.y=−1xy = - \frac { 1 } { x }
    정답 및 풀이 보기

    정답: A

    (A) Linear with slope −1<0- 1 < 0, decreasing on all of R✓\mathbb { R } \checkmark. (B) x3x ^ { 3 } is increasing on R\mathbb { R }; (C) parabola is not monotonic; (D) undefined at x=0x = 0, so not on all of R\mathbb { R }; moreover on each piece (−∞,0)( - \infty , 0 ) and (0,+∞)( 0 , + \infty ) it is in fact increasing, since y′=1x2>0y ^ { \prime } = \frac { 1 } { x ^ { 2 } } > 0.
    CSCA Math April 2026 Past Paper 전체 풀기 — 시간 측정 및 채점
  3. CSCA Math June 2026 Past Paper
    Which of the following functions is monotonically decreasing?
    • A.y=e−xy = e^{-x}
    • B.y=x2−1y = x^2 - 1
    • C.y=100xy = 100^x
    • D.y=cos⁡xy = \cos x
    정답 및 풀이 보기

    정답: A

    y=e−x=(1e)xy = e^{-x} = \left( \frac{1}{e} \right)^x with base 1e<1\frac{1}{e} < 1 is monotonically decreasing, so (A) is correct. y=x2−1y = x^2 - 1 decreases on (−∞,0)(-\infty, 0) and increases on (0,+∞)(0, +\infty), so it is not monotonic; y=100xy = 100^x has base greater than 1 and is increasing; y=cos⁡xy = \cos x is periodic and not monotonic on its domain. Choose (A).
    CSCA Math June 2026 Past Paper 전체 풀기 — 시간 측정 및 채점

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