문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

극한·미분 심화 전체 문제

이 단원의 모든 연습문제입니다. 소단원으로 좁혀 보려면 아래 꼬리표를 누르세요.

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

525문제 · 27 / 27쪽

521.Active Calculus · 1.8절 · 10번대학 수준우리말 번역

어떤 함수 ff 의 도함수가 f′(x)=(x−1)e−x2f'(x) = (x-1)e^{-x^2} 임이 알려져 있습니다. y=f(x)y = f(x) 의 식은 알지 못한다는 점에 유의하세요.

(a) f′(x)=0f'(x) = 0 이 되는 xx의 값을 모두 구하세요. 대수적으로 답을 정당화하되, 결론을 뒷받침하도록 f′f' 의 그래프를 포함하세요. (b) 그래프를 이용하여 추론하여, f′′(x)>0f''(x) > 0 인 xx의 값의 구간을 구하세요. 이것이 원래 함수 ff 의 거동에 대해 무엇을 말해 주는지 설명하세요. (c) f(2)=−3f(2) = -3 이라고 가정하고, x=2x=2 에서 ff 의 접선을 구하여 이를 이용한 근삿값으로 f(1.88)f(1.88) 의 값을 어림하세요. 어림한 값이 f(1.88)f(1.88) 의 참값보다 큰지 작은지 판단하고, 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

For a certain function ff, its derivative is known to be f′(x)=(x−1)e−x2f'(x) = (x-1)e^{-x^2}. Note that you do not know a formula for y=f(x)y = f(x).

(a) At what xx-value(s) is f′(x)=0f'(x) = 0? Justify your answer algebraically, but include a graph of f′f' to support your conclusion. (b) Reasoning graphically, for what intervals of xx-values is f′′(x)>0f''(x) > 0? What does this tell you about the behavior of the original function ff? Explain. (c) Assuming that f(2)=−3f(2) = -3, estimate the value of f(1.88)f(1.88) by finding and using the tangent line approximation to ff at x=2x=2. Is your estimate larger or smaller than the true value of f(1.88)f(1.88)? Justify your answer.

정답·풀이 보기

(a) ee 의 거듭제곱은 항상 양수이므로(따라서 00 이 될 수 없으므로), f′(x)=(x−1)e−x2=0f'(x) = (x-1)e^{-x^2} = 0 이 되게 하는 값은 x=1x=1 뿐이다. 이는 f′f' 의 그래프를 그려 보면 xx축과 x=1x=1 에서만 만남을 볼 수 있다는 점에서도 확인된다(xx 가 한없이 커지거나 작아질 때 그래프가 xx축에 가까워지는 것은 볼 수 있다). (b) f′f' 이 증가하는 곳에서는 f′′(x)>0f''(x) > 0 임을 안다. f′f' 의 그래프에서 f′f' 은 대략 구간 −0.37<x<1.37-0.37 < x < 1.37 에서 증가함을 알 수 있고, 따라서 ff 는 이 구간에서 아래로 볼록이다. (c) a=2a = 2 에서의 접선을 이용한 근삿값은 L(x)=f(2)+f′(2)(x−2)≈−3+0.01832(x−2)L(x) = f(2) + f'(2)(x-2) \approx -3 + 0.01832(x-2) 이다. 따라서 f(1.88)≈L(1.88)≈−3+0.01832(1.88−2)=−3.00022f(1.88) \approx L(1.88) \approx -3 + 0.01832(1.88-2) = -3.00022 이다. x=2x = 2 및 그 근처에서 f′′(x)<0f''(x) < 0 이므로 ff 는 그곳에서 위로 볼록이고, 따라서 접선은 곡선 위쪽에 놓인다. 그러므로 우리가 어림한 값은 f(1.88)f(1.88) 의 참값보다 크다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since ee raised to any power is always positive (and thus never 00), it follows that the only value that makes f′(x)=(x−1)e−x2=0f'(x) = (x-1)e^{-x^2} = 0 is x=1x=1. This is confirmed by plotting f′f' where we only see the graph cross the xx-axis at x=1x=1 (though we do see the graph approach the xx-axis) as xx increases or decreases without bound). (b) We know that f′′(x)>0f''(x) > 0 wherever f′f' is increasing. From the graph of f′f', we see that f′f' is increasing approximately on the interval −0.37<x<1.37-0.37 < x < 1.37, and thus ff is concave up on this interval. (c) The tangent line approximation at a=2a = 2 is L(x)=f(2)+f′(2)(x−2)≈−3+0.01832(x−2)L(x) = f(2) + f'(2)(x-2) \approx -3 + 0.01832(x-2). Thus, f(1.88)≈L(1.88)≈−3+0.01832(1.88−2)=−3.00022f(1.88) \approx L(1.88) \approx -3 + 0.01832(1.88-2) = -3.00022. Since f′′(x)<0f''(x) < 0 at and around x=2x = 2, ff is concave down there, and therefore the tangent line lies above the curve. This makes our estimate larger than the true value of f(1.88)f(1.88).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.4절 · 1번
# 선형근사와 미분소증명·논술자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
522.Active Calculus · 3.2절 · 11번대학 수준우리말 번역

ff 와 gg 를 미분가능한 함수라 하고, 다음 정보가 알려져 있다고 하자: f(3)=g(3)=0f(3) = g(3) = 0, f′(3)=g′(3)=0f'(3) = g'(3) = 0, f′′(3)=−2f''(3) = -2, g′′(3)=1g''(3) = 1. 새로운 함수 hh 를 h(x)=f(x)g(x)h(x) = \frac{f(x)}{g(x)} 로 정의하자. 같은 좌표축 위에 x=3x = 3 근처에서 ff 와 gg 의 가능한 그래프를 그리고, 주어진 정보를 이용하여 다음 극한의 값을 구하세요.

lim⁡x→3h(x) .\lim_{x \to 3} h(x)\,.

결론을 뒷받침하는 설명을 쓰세요.

영어 원문 보기

Let ff and gg be differentiable functions about which the following information is known: f(3)=g(3)=0f(3) = g(3) = 0, f′(3)=g′(3)=0f'(3) = g'(3) = 0, f′′(3)=−2f''(3) = -2, and g′′(3)=1g''(3) = 1. Let a new function hh be given by the rule h(x)=f(x)g(x)h(x) = \frac{f(x)}{g(x)}. On the same set of axes, sketch possible graphs of ff and gg near x=3x = 3, and use the provided information to determine the value of

lim⁡x→3h(x) .\lim_{x \to 3} h(x)\,.

Provide explanation to support your conclusion.

정답·풀이 보기

ff 와 gg 의 가능한 그래프는 아래 그림과 같다. 극한을 구하기 위해 로피탈의 정리를 두 번 적용할 수 있다. f(3)=g(3)=0f(3) = g(3) = 0 이므로 로피탈의 정리에 의해

lim⁡x→3f(x)g(x)=lim⁡x→3f′(x)g′(x) .\lim_{x \to 3} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to 3} \frac{f'(x)}{g'(x)}\,. 이다. f′(3)=g′(3)=0f'(3) = g'(3) = 0 이므로 이 극한도 여전히 부정형이고, 정리를 다시 적용하면

lim⁡x→3f(x)g(x)=lim⁡x→3f′′(x)g′′(x)=f′′(3)g′′(3)=−21 .\lim_{x \to 3} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to 3} \frac{f''(x)}{g''(x)} = \frac{f''(3)}{g''(3)} = \frac{-2}{1}\,. 이다. 따라서 lim⁡x→3h(x)=−2\lim_{x \to 3} h(x) = -2 이다.

이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요.

원본 교재 풀이(영어)

See the figure below for possible graphs of ff and gg. To evaluate the limit, we can apply L'Hôpital's Rule twice. Since f(3)=g(3)=0f(3) = g(3) = 0, we know by the rule that

lim⁡x→3f(x)g(x)=lim⁡x→3f′(x)g′(x) .\lim_{x \to 3} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to 3} \frac{f'(x)}{g'(x)}\,. Since f′(3)=g′(3)=0f'(3) = g'(3) = 0, the limit is still indeterminate, and we can apply the rule again to get

lim⁡x→3f(x)g(x)=lim⁡x→3f′′(x)g′′(x)=f′′(3)g′′(3)=−21 .\lim_{x \to 3} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to 3} \frac{f''(x)}{g''(x)} = \frac{f''(3)}{g''(3)} = \frac{-2}{1}\,. Hence, lim⁡x→3h(x)=−2\lim_{x \to 3} h(x) = -2.

ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.8절 · 50번
# 로피탈 정리그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
523.Active Calculus · 3.2절 · 12번대학 수준우리말 번역

다음 함수의 수직 점근선과 수평 점근선을 모두 구하세요.

R(x)=3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c) ,R(x) = \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)}\,, 여기서 aa, bb, cc 는 서로 다른 임의의 상수이다. 또한 RR 가 연속이 아닌 xx 의 값을 모두 쓰세요. aa, bb, cc 의 값을 분명히 표시하여 RR 의 그래프의 가능한 모양을 그리세요.

영어 원문 보기

Find all vertical and horizontal asymptotes of the function

R(x)=3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c) ,R(x) = \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)}\,, where aa, bb, and cc are distinct, arbitrary constants. In addition, state all values of xx for which RR is not continuous. Sketch a possible graph of RR, clearly labeling the values of aa, bb, and cc.

정답·풀이 보기

먼저, RR 의 분자와 분모가 모두 이차식이므로 x→∞x \to \infty 일 때의 극한은 최고차항의 계수의 비로 구할 수 있다. 즉,

lim⁡x→∞R(x)=35\lim_{x \to \infty} R(x) = \frac{3}{5}

이므로 RR 의 수평 점근선은 y=35y = \frac{3}{5} 이다.

다음으로, bb 와 cc 가 서로 다르므로 x=bx = b 일 때 RR 의 분자는 0이고 (분모는 0이 아니고), 따라서 R(b)=0R(b) = 0 이다. 또한 x=cx = c 일 때 분모는 0이고 (분자는 0이 아니고), 이로 인해 x=cx = c 에 수직 점근선이 생긴다.

마지막으로, x=ax = a 는 분자와 분모를 모두 0으로 만든다. 따라서 R(a)R(a) 는 정의되지 않으므로 RR 의 그래프는 x=ax = a 에서 구멍이 있거나 수직 점근선을 가진다. 어느 쪽인지 판단하기 위해 극한을 계산하면

lim⁡x→a3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c)=lim⁡x→a3(x−b)5(x−c)=3(a−b)5(a−c) .\lim_{x \to a} \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)} = \lim_{x \to a} \frac{3(x-b)}{5(x-c)} = \frac{3(a-b)}{5(a-c)}\,. 이는 RR 가 점 (a,3(a−b)5(a−c))(a, \frac{3(a-b)}{5(a-c)}) 에 구멍을 가짐을 나타낸다. 게다가 RR 는 x=ax = a 와 x=cx = c 에서 연속이 아니다.

RR 의 그래프의 가능한 모양은 다음 그림과 같다.

이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요

원본 교재 풀이(영어)

First, we note that since both the numerator and denominator of RR are quadratic, the limit as x→∞x \to \infty can be found by taking the quotient of the leading coefficients. In particular,

lim⁡x→∞R(x)=35\lim_{x \to \infty} R(x) = \frac{3}{5}

and thus the horizontal asymptote of RR is y=35y = \frac{3}{5}.

Next, since bb and cc are distinct, we see that the numerator of RR is zero (and the denominator is not) when x=bx = b, and thus R(b)=0R(b) = 0. In addition, the denominator is zero (and the numerator is not) when x=cx = c, and this results in there being a vertical asymptote at x=cx = c.

Finally, we observe that x=ax = a makes both the numerator and denominator zero. Since R(a)R(a) is thus not defined, the graph of RR has either a hole or a vertical asymptote at x=ax = a. To determine which, we evaluate the limit and see that

lim⁡x→a3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c)=lim⁡x→a3(x−b)5(x−c)=3(a−b)5(a−c) .\lim_{x \to a} \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)} = \lim_{x \to a} \frac{3(x-b)}{5(x-c)} = \frac{3(a-b)}{5(a-c)}\,. This tells us that RR has a hole at the point (a,3(a−b)5(a−c))(a, \frac{3(a-b)}{5(a-c)}). Moreover, RR is not continuous at x=ax = a and x=cx = c.

A possible graph of RR is shown in the following figure.

ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 3.2절 · 11번
# 로피탈 정리그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
524.Active Calculus · 3.2절 · 13번대학 수준우리말 번역

모든 x>0x > 0 에 대해 정의된 함수 g(x)=x2xg(x) = x^{2x} 를 생각하세요. lim⁡x→0+g(x)\lim_{x \to 0^+} g(x) 는 000^0 꼴이므로 부정형임을 확인하세요. (모든 k>0k > 0 에 대해 0k=00^k = 0 이고 모든 b≠0b \ne 0 에 대해 b0=1b^0 = 1 이지만, 두 규칙 모두 000^0 에는 적용할 수 없는 이유를 생각해 보세요.)

(a) h(x)=ln⁡(g(x))h(x) = \ln(g(x)) 라 하세요. h(x)=2xln⁡(x)h(x) = 2x \ln(x) 인 이유를 설명하세요. (b) 다음으로, h(x)=2ln⁡(x)1xh(x) = \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}} 로 쓰는 것이 같은 식인 이유를 설명하세요. (c) 로피탈의 정리와 (b)의 결과를 이용하여 lim⁡x→0+h(x)\lim_{x \to 0^+} h(x) 의 값을 구하세요. (d) lim⁡x→0+h(x)\lim_{x \to 0^+} h(x) 의 값을 바탕으로 lim⁡x→0+g(x)\lim_{x \to 0^+} g(x) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Consider the function g(x)=x2xg(x) = x^{2x}, which is defined for all x>0x > 0. Observe that lim⁡x→0+g(x)\lim_{x \to 0^+} g(x) is indeterminate due to its form of 000^0. (Think about how we know that 0k=00^k = 0 for all k>0k > 0, while b0=1b^0 = 1 for all b≠0b \ne 0, but that neither rule can apply to 000^0.)

(a) Let h(x)=ln⁡(g(x))h(x) = \ln(g(x)). Explain why h(x)=2xln⁡(x)h(x) = 2x \ln(x). (b) Next, explain why it is equivalent to write h(x)=2ln⁡(x)1xh(x) = \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}}. (c) Use L'Hôpital's Rule and your work in (b) to compute lim⁡x→0+h(x)\lim_{x \to 0^+} h(x). (d) Based on the value of lim⁡x→0+h(x)\lim_{x \to 0^+} h(x), determine lim⁡x→0+g(x)\lim_{x \to 0^+} g(x).

정답·풀이 보기

(a) h(x)=ln⁡(g(x))h(x) = \ln(g(x)) 이고 g(x)=x2xg(x) = x^{2x} 이므로 h(x)=ln⁡(x2x)=2x⋅ln⁡(x) .h(x) = \ln(x^{2x}) = 2x \cdot \ln(x)\,. (b) x=(x−1)−1=11xx = (x^{-1})^{-1} = \frac{1}{\frac{1}{x}} 이므로 다음과 같이 쓸 수도 있다. h(x)=2ln⁡(x)1x .h(x) = \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}}\,. (c) x→0+x \to 0^+ 일 때 ln⁡(x)→−∞\ln(x) \to -\infty 이고 x→0+x \to 0^+ 일 때 1x→+∞\frac{1}{x} \to +\infty 이므로 lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0+2ln⁡(x)1x\lim_{x \to 0^+} h(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}} 은 로피탈의 정리를 적용할 수 있는 부정형이다. 로피탈의 정리를 적용하면 lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0+2ln⁡(x)1x=lim⁡x→0+2x−1x2\lim_{x \to 0^+} h(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}} = \lim_{x \to 0^+} \frac{\frac{2}{x}}{-\frac{1}{x^2}} 식을 간단히 하면 lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0+2x⋅(−x21)=lim⁡x→0+(−2x)\lim_{x \to 0^+} h(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{2}{x} \cdot \left(-\frac{x^2}{1}\right) = \lim_{x \to 0^+} (-2x) 따라서 lim⁡x→0+h(x)=0\lim_{x \to 0^+} h(x) = 0 이다. (d) lim⁡x→0+h(x)=0\lim_{x \to 0^+} h(x) = 0 임을 보였고 h(x)=ln⁡(g(x))h(x) = \ln(g(x)) 이므로, x→0+x \to 0^+ 일 때 g(x)g(x) 의 자연로그는 00 에 가까워진다. ln⁡(1)=0\ln(1) = 0 이므로 g(x)g(x) 는 11 에 가까워져야 하고, 따라서 lim⁡x→0+g(x)=lim⁡x→0+x2x=1\lim_{x \to 0^+} g(x) = \lim_{x \to 0^+} x^{2x} = 1 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since h(x)=ln⁡(g(x))h(x) = \ln(g(x)) and we are given that g(x)=x2xg(x) = x^{2x}, it follows that h(x)=ln⁡(x2x)=2x⋅ln⁡(x) .h(x) = \ln(x^{2x}) = 2x \cdot \ln(x)\,. (b) Since x=(x−1)−1=11xx = (x^{-1})^{-1} = \frac{1}{\frac{1}{x}}, we can also write h(x)=2ln⁡(x)1x .h(x) = \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}}\,. (c) Since ln⁡(x)→−∞\ln(x) \to -\infty as x→0+x \to 0^+ and 1x→+∞\frac{1}{x} \to +\infty as x→0+x \to 0^+, we see that lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0+2ln⁡(x)1x\lim_{x \to 0^+} h(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}} is of an indeterminate form to which we can apply L'Hôpital's Rule. Doing so, lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0+2ln⁡(x)1x=lim⁡x→0+2x−1x2\lim_{x \to 0^+} h(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{2\ln(x)}{\frac{1}{x}} = \lim_{x \to 0^+} \frac{\frac{2}{x}}{-\frac{1}{x^2}} Simplifying algebraically, lim⁡x→0+h(x)=lim⁡x→0+2x⋅(−x21)=lim⁡x→0+(−2x)\lim_{x \to 0^+} h(x) = \lim_{x \to 0^+} \frac{2}{x} \cdot \left(-\frac{x^2}{1}\right) = \lim_{x \to 0^+} (-2x) Hence, it follows that lim⁡x→0+h(x)=0\lim_{x \to 0^+} h(x) = 0. (d) Having shown that lim⁡x→0+h(x)=0\lim_{x \to 0^+} h(x) = 0 and recalling that h(x)=ln⁡(g(x))h(x) = \ln(g(x)), we know that as x→0+x \to 0^+, the natural log of g(x)g(x) tends to 00. Since ln⁡(1)=0\ln(1) = 0, it must be the case that g(x)g(x) is tending to 11, and thus lim⁡x→0+g(x)=lim⁡x→0+x2x=1\lim_{x \to 0^+} g(x) = \lim_{x \to 0^+} x^{2x} = 1

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 3.2절 · 12번
# 로피탈 정리계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
525.Active Calculus · 3.2절 · 14번대학 수준우리말 번역

함수 gg 가 함수 ff 를 지배한다고 하는 것은 lim⁡x→∞f(x)=∞\lim_{x \to \infty} f(x) = \infty, lim⁡x→∞g(x)=∞\lim_{x \to \infty} g(x) = \infty, 그리고 lim⁡x→∞f(x)g(x)=0\lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{g(x)} = 0 일 때임을 떠올리세요.

(a) ln⁡(x)\ln(x) 와 x\sqrt{x} 중 어느 함수가 다른 함수를 지배하는지 답하세요. (b) ln⁡(x)\ln(x) 와 xn\sqrt[n]{x} 중 어느 함수가 다른 함수를 지배하는지 답하세요. (nn 은 임의의 양의 정수) (c) exe^x 이 모든 다항식 함수를 지배하는 이유를 설명하세요. (d) 모든 양의 정수 nn 에 대해 xnx^n 이 ln⁡(x)\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 gg dominates function ff provided that lim⁡x→∞f(x)=∞\lim_{x \to \infty} f(x) = \infty, lim⁡x→∞g(x)=∞\lim_{x \to \infty} g(x) = \infty, and lim⁡x→∞f(x)g(x)=0\lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{g(x)} = 0.

(a) Which function dominates the other: ln⁡(x)\ln(x) or x\sqrt{x}? (b) Which function dominates the other: ln⁡(x)\ln(x) or xn\sqrt[n]{x}? (nn can be any positive integer) (c) Explain why exe^x will dominate any polynomial function. (d) Explain why xnx^n will dominate ln⁡(x)\ln(x) for any positive integer nn. (e) Give any example of two nonlinear functions such that neither dominates the other.

정답·풀이 보기

(a) ln⁡(x)\ln(x) 와 x\sqrt{x} 는 모두 x→∞x \to \infty 일 때 한없이 커지므로 lim⁡x→∞ln⁡(x)x \lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt{x}}\, 을 생각한다. 로피탈의 정리와 약간의 식 정리에 의해 lim⁡x→∞ln⁡(x)x=lim⁡x→∞1x12x1/2=lim⁡x→∞2x1/2x=lim⁡x→∞2x1/2 .\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt{x}} = \lim_{x \to \infty}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{1}{2x^{1/2}}} = \lim_{x \to \infty}\frac{2x^{1/2}}{x} = \lim_{x \to \infty}\frac{2}{x^{1/2}}\,. 따라서 lim⁡x→∞ln⁡(x)x=0 ,\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt{x}} = 0\,, 이고, 그러므로 x\sqrt{x} 가 ln⁡(x)\ln(x) 를 지배한다. (b) (a)(a) 의 풀이와 비슷한 방법으로, 모든 양의 정수 nn 에 대해 xn\sqrt[n]{x} 가 ln⁡(x)\ln(x) 를 지배함을 보일 수 있다. 특히 로피탈의 정리와 약간의 식 정리에 의해 lim⁡x→∞ln⁡(x)xn=lim⁡x→∞1x1nx(n−1)/n=lim⁡x→∞nx(n−1)/nx .\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt[n]{x}} = \lim_{x \to \infty}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{1}{nx^{(n-1)/n}}} = \lim_{x \to \infty}\frac{nx^{(n-1)/n}}{x}\,. x(n−1)/nx=x(n−1)/n−1=x(n−1−n)/n=x−1/n\frac{x^{(n-1)/n}}{x} = x^{(n-1)/n - 1} = x^{(n-1-n)/n} = x^{-1/n} 이므로 lim⁡x→∞ln⁡(x)xn=lim⁡x→∞1x1/n=0\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt[n]{x}} = \lim_{x \to \infty} \frac{1}{x^{1/n}} = 0 이다. 따라서 모든 양의 정수 nn 에 대해 xn\sqrt[n]{x} 가 ln⁡(x)\ln(x) 를 지배함을 보였다. (c) exe^x 이 모든 다항식 함수를 지배하는 이유를 알아보기 위해 p(x)=x4p(x) = x^4 을 생각한다. 두 함수의 비의 극한을 생각하고 로피탈의 정리를 한 번 적용하면 lim⁡x→∞x4ex=lim⁡x→∞4x3ex\lim_{x \to \infty} \frac{x^4}{e^x} = \lim_{x \to \infty} \frac{4x^3}{e^x} 이다. 로피탈의 정리를 반복해서 적용하면 (처음에 어떤 다항식으로 시작하든) (nn 번 적용한 뒤) 분자는 결국 상수가 되고, 분모에는 여전히 exe^x 이 있으므로 전체 극한은 00 이다. (d) 여기서는 n≥1n \ge 1 일 때 ln⁡(x)\ln(x) 와 xnx^n 의 비의 극한을 생각하는 것이 자연스럽다. 두 함수가 모두 한없이 커지므로 로피탈의 정리를 적용할 수 있다. 이를 적용하고 약간의 식 정리를 하면 lim⁡x→∞ln⁡(x)xn=lim⁡x→∞1xnxn−1=1nxn=0\lim_{x \to \infty} \frac{\ln(x)}{x^n} = \lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{x}}{nx^{n-1}} = \frac{1}{nx^n} = 0 이므로 xnx^n 이 실제로 지배한다. (e) f(x)=3x2+1f(x) = 3x^2 + 1 과 g(x)=−0.5x2+5x−2g(x) = -0.5x^2 + 5x - 2 를 생각한다. 이 함수들은 차수가 같은 다항식이므로 lim⁡x→∞f(x)g(x)=3−0.5=−6 \lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{3}{-0.5} = -6\, 임을 알 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We note that both ln⁡(x)\ln(x) or x\sqrt{x} increase without bound as x→∞x \to \infty, so we consider lim⁡x→∞ln⁡(x)x .\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt{x}}\,. By L'Hôpital's Rule and some simplifying algebra, lim⁡x→∞ln⁡(x)x=lim⁡x→∞1x12x1/2=lim⁡x→∞2x1/2x=lim⁡x→∞2x1/2 .\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt{x}} = \lim_{x \to \infty}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{1}{2x^{1/2}}} = \lim_{x \to \infty}\frac{2x^{1/2}}{x} = \lim_{x \to \infty}\frac{2}{x^{1/2}}\,. Thus, it follows that lim⁡x→∞ln⁡(x)x=0 ,\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt{x}} = 0\,, and hence x\sqrt{x} dominates ln⁡(x)\ln(x). (b) Using a similar argument to our work in (a)(a), we can show that xn\sqrt[n]{x} dominates ln⁡(x)\ln(x) for any positive integer nn. In particular, by L'Hôpital's Rule and some simplifying algebra, lim⁡x→∞ln⁡(x)xn=lim⁡x→∞1x1nx(n−1)/n=lim⁡x→∞nx(n−1)/nx .\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt[n]{x}} = \lim_{x \to \infty}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{1}{nx^{(n-1)/n}}} = \lim_{x \to \infty}\frac{nx^{(n-1)/n}}{x}\,. Since x(n−1)/nx=x(n−1)/n−1=x(n−1−n)/n=x−1/n\frac{x^{(n-1)/n}}{x} = x^{(n-1)/n - 1} = x^{(n-1-n)/n} = x^{-1/n}, it follows that lim⁡x→∞ln⁡(x)xn=lim⁡x→∞1x1/n=0\lim_{x \to \infty}\frac{\ln(x)}{\sqrt[n]{x}} = \lim_{x \to \infty} \frac{1}{x^{1/n}} = 0 we've shown that xn\sqrt[n]{x} dominates ln⁡(x)\ln(x) for any positive integer nn. (c) To see why exe^x will dominate any polynomial function, consider p(x)=x4p(x) = x^4. If we consider the limit of their quotient and apply LHR once, we see that lim⁡x→∞x4ex=lim⁡x→∞4x3ex\lim_{x \to \infty} \frac{x^4}{e^x} = \lim_{x \to \infty} \frac{4x^3}{e^x} By repeated application of LHR, the numerator (regardless of what polynomial we start with) will eventually be simply a constant (after nn applications of LHR), and thus with exe^x still in the denominator, the overall limit will be 00. (d) Here we naturally consider the limit of the quotient of ln⁡(x)\ln(x) and xnx^n, where n≥1n \ge 1. Since both functions increase without bound, we can apply LHR. Doing so along with some simplifying algebra, we see lim⁡x→∞ln⁡(x)xn=lim⁡x→∞1xnxn−1=1nxn=0\lim_{x \to \infty} \frac{\ln(x)}{x^n} = \lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{x}}{nx^{n-1}} = \frac{1}{nx^n} = 0 and thus xnx^n indeed dominates. (e) Consider f(x)=3x2+1f(x) = 3x^2 + 1 and g(x)=−0.5x2+5x−2g(x) = -0.5x^2 + 5x - 2. Since these functions are polynomials of the same degree, we know lim⁡x→∞f(x)g(x)=3−0.5=−6 .\lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{3}{-0.5} = -6\,.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 3.2절 · 13번
# 로피탈 정리계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)