유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
402문제 · 21 / 21쪽
401.Active Calculus · 3.2절 · 13번대학 수준우리말 번역
모든 x>0 에 대해 정의된 함수 g(x)=x2x 를 생각하세요. limx→0+g(x) 는 00 꼴이므로 부정형임을 확인하세요. (모든 k>0 에 대해 0k=0 이고 모든 b=0 에 대해 b0=1 이지만, 두 규칙 모두 00 에는 적용할 수 없는 이유를 생각해 보세요.)
(a) h(x)=ln(g(x)) 라 하세요. h(x)=2xln(x) 인 이유를 설명하세요.
(b) 다음으로, h(x)=x12ln(x) 로 쓰는 것이 같은 식인 이유를 설명하세요.
(c) 로피탈의 정리와 (b)의 결과를 이용하여 limx→0+h(x) 의 값을 구하세요.
(d) limx→0+h(x) 의 값을 바탕으로 limx→0+g(x) 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Consider the function g(x)=x2x, which is defined for all x>0. Observe that limx→0+g(x) is indeterminate due to its form of 00. (Think about how we know that 0k=0 for all k>0, while b0=1 for all b=0, but that neither rule can apply to 00.)
(a) Let h(x)=ln(g(x)). Explain why h(x)=2xln(x).
(b) Next, explain why it is equivalent to write h(x)=x12ln(x).
(c) Use L'Hôpital's Rule and your work in (b) to compute limx→0+h(x).
(d) Based on the value of limx→0+h(x), determine limx→0+g(x).
정답·풀이 보기
(a) h(x)=ln(g(x)) 이고 g(x)=x2x 이므로
h(x)=ln(x2x)=2x⋅ln(x).
(b) x=(x−1)−1=x11 이므로 다음과 같이 쓸 수도 있다.
h(x)=x12ln(x).
(c) x→0+ 일 때 ln(x)→−∞ 이고 x→0+ 일 때 x1→+∞ 이므로
x→0+limh(x)=x→0+limx12ln(x)
은 로피탈의 정리를 적용할 수 있는 부정형이다. 로피탈의 정리를 적용하면
x→0+limh(x)=x→0+limx12ln(x)=x→0+lim−x21x2
식을 간단히 하면
x→0+limh(x)=x→0+limx2⋅(−1x2)=x→0+lim(−2x)
따라서 limx→0+h(x)=0 이다.
(d) limx→0+h(x)=0 임을 보였고 h(x)=ln(g(x)) 이므로, x→0+ 일 때 g(x) 의 자연로그는 0 에 가까워진다. ln(1)=0 이므로 g(x) 는 1 에 가까워져야 하고, 따라서
x→0+limg(x)=x→0+limx2x=1
이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Since h(x)=ln(g(x)) and we are given that g(x)=x2x, it follows that
h(x)=ln(x2x)=2x⋅ln(x).
(b) Since x=(x−1)−1=x11, we can also write
h(x)=x12ln(x).
(c) Since ln(x)→−∞ as x→0+ and x1→+∞ as x→0+, we see that
x→0+limh(x)=x→0+limx12ln(x)
is of an indeterminate form to which we can apply L'Hôpital's Rule. Doing so,
x→0+limh(x)=x→0+limx12ln(x)=x→0+lim−x21x2
Simplifying algebraically,
x→0+limh(x)=x→0+limx2⋅(−1x2)=x→0+lim(−2x)
Hence, it follows that limx→0+h(x)=0.
(d) Having shown that limx→0+h(x)=0 and recalling that h(x)=ln(g(x)), we know that as x→0+, the natural log of g(x) tends to 0. Since ln(1)=0, it must be the case that g(x) is tending to 1, and thus
x→0+limg(x)=x→0+limx2x=1
함수 g 가 함수 f 를 지배한다고 하는 것은 limx→∞f(x)=∞, limx→∞g(x)=∞, 그리고 limx→∞g(x)f(x)=0 일 때임을 떠올리세요.
(a) ln(x) 와 x 중 어느 함수가 다른 함수를 지배하는지 답하세요.
(b) ln(x) 와 nx 중 어느 함수가 다른 함수를 지배하는지 답하세요. (n 은 임의의 양의 정수)
(c) ex 이 모든 다항식 함수를 지배하는 이유를 설명하세요.
(d) 모든 양의 정수 n 에 대해 xn 이 ln(x) 를 지배하는 이유를 설명하세요.
(e) 어느 쪽도 다른 쪽을 지배하지 않는 두 비선형 함수의 예를 하나 드세요.
영어 원문 보기
Recall we say that function gdominates function f provided that limx→∞f(x)=∞, limx→∞g(x)=∞, and limx→∞g(x)f(x)=0.
(a) Which function dominates the other: ln(x) or x?
(b) Which function dominates the other: ln(x) or nx? (n can be any positive integer)
(c) Explain why ex will dominate any polynomial function.
(d) Explain why xn will dominate ln(x) for any positive integer n.
(e) Give any example of two nonlinear functions such that neither dominates the other.
정답·풀이 보기
(a) ln(x) 와 x 는 모두 x→∞ 일 때 한없이 커지므로
x→∞limxln(x) 을 생각한다. 로피탈의 정리와 약간의 식 정리에 의해
x→∞limxln(x)=x→∞lim2x1/21x1=x→∞limx2x1/2=x→∞limx1/22. 따라서
x→∞limxln(x)=0, 이고, 그러므로 x 가 ln(x) 를 지배한다.
(b) (a) 의 풀이와 비슷한 방법으로, 모든 양의 정수 n 에 대해 nx 가 ln(x) 를 지배함을 보일 수 있다. 특히 로피탈의 정리와 약간의 식 정리에 의해
x→∞limnxln(x)=x→∞limnx(n−1)/n1x1=x→∞limxnx(n−1)/n.xx(n−1)/n=x(n−1)/n−1=x(n−1−n)/n=x−1/n 이므로
x→∞limnxln(x)=x→∞limx1/n1=0
이다. 따라서 모든 양의 정수 n 에 대해 nx 가 ln(x) 를 지배함을 보였다.
(c) ex 이 모든 다항식 함수를 지배하는 이유를 알아보기 위해 p(x)=x4 을 생각한다. 두 함수의 비의 극한을 생각하고 로피탈의 정리를 한 번 적용하면
x→∞limexx4=x→∞limex4x3
이다. 로피탈의 정리를 반복해서 적용하면 (처음에 어떤 다항식으로 시작하든) (n 번 적용한 뒤) 분자는 결국 상수가 되고, 분모에는 여전히 ex 이 있으므로 전체 극한은 0 이다.
(d) 여기서는 n≥1 일 때 ln(x) 와 xn 의 비의 극한을 생각하는 것이 자연스럽다. 두 함수가 모두 한없이 커지므로 로피탈의 정리를 적용할 수 있다. 이를 적용하고 약간의 식 정리를 하면
x→∞limxnln(x)=x→∞limnxn−1x1=nxn1=0
이므로 xn 이 실제로 지배한다.
(e) f(x)=3x2+1 과 g(x)=−0.5x2+5x−2 를 생각한다. 이 함수들은 차수가 같은 다항식이므로
x→∞limg(x)f(x)=−0.53=−6
임을 알 수 있다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) We note that both ln(x) or x increase without bound as x→∞, so we consider
x→∞limxln(x). By L'Hôpital's Rule and some simplifying algebra,
x→∞limxln(x)=x→∞lim2x1/21x1=x→∞limx2x1/2=x→∞limx1/22. Thus, it follows that
x→∞limxln(x)=0, and hence x dominates ln(x).
(b) Using a similar argument to our work in (a), we can show that nx dominates ln(x) for any positive integer n. In particular, by L'Hôpital's Rule and some simplifying algebra,
x→∞limnxln(x)=x→∞limnx(n−1)/n1x1=x→∞limxnx(n−1)/n. Since xx(n−1)/n=x(n−1)/n−1=x(n−1−n)/n=x−1/n, it follows that
x→∞limnxln(x)=x→∞limx1/n1=0
we've shown that nx dominates ln(x) for any positive integer n.
(c) To see why ex will dominate any polynomial function, consider p(x)=x4. If we consider the limit of their quotient and apply LHR once, we see that
x→∞limexx4=x→∞limex4x3
By repeated application of LHR, the numerator (regardless of what polynomial we start with) will eventually be simply a constant (after n applications of LHR), and thus with ex still in the denominator, the overall limit will be 0.
(d) Here we naturally consider the limit of the quotient of ln(x) and xn, where n≥1. Since both functions increase without bound, we can apply LHR. Doing so along with some simplifying algebra, we see
x→∞limxnln(x)=x→∞limnxn−1x1=nxn1=0
and thus xn indeed dominates.
(e) Consider f(x)=3x2+1 and g(x)=−0.5x2+5x−2. Since these functions are polynomials of the same degree, we know
x→∞limg(x)f(x)=−0.53=−6.