문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

극한의 엄밀한 정의(ε-δ)

ε-δ 논법으로 극한값을 증명한다

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

27문제 · 2 / 2쪽

21.APEX · 1.2절 · 8번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→4(x2+x−5)=15\displaystyle \lim_{x\to 4} \big(x^2+x-5\big) = 15

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→4(x2+x−5)=15\displaystyle \lim_{x\to 4} \big(x^2+x-5\big) = 15

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−4∣<δ|x-4|<\delta 일 때 ∣f(x)−15∣<ϵ|f(x)-15|<\epsilon 이 성립하도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다.

∣x−4∣|x-4| 에 대한 식을 얻어야 함에 유의하면서 ∣f(x)−15∣<ϵ|f(x)-15|<\epsilon 을 생각하자.

∣f(x)−15∣<ϵ∣x2+x−5−15∣<ϵ∣x2+x−20∣<ϵ∣x−4∣⋅∣x+5∣<ϵ∣x−4∣<ϵ/∣x+5∣\begin{gathered} |f(x) -15 | < \epsilon \\ |x^2+x-5 -15 |<\epsilon \\ | x^2+x-20 | < \epsilon \\ | x-4 |\cdot|x+5| < \epsilon \\ | x-4 | < \epsilon/|x+5| \\ \end{gathered}

xx 가 4 가까이에 있으므로, 예를 들어 3<x<53<x<5 라고 가정해도 무방하다. 따라서

3+5<x+5<5+58<x+5<10110<1x+5<18ϵ10<ϵx+5<ϵ8\begin{gathered} 3+5<x+5<5+5 \\ 8 < x+5 < 10 \\ \frac{1}{10} < \frac{1}{x+5} < \frac{1}{8} \\ \frac{\epsilon}{10} < \frac{\epsilon}{x+5} < \frac{\epsilon}{8} \\ \end{gathered}

δ=ϵ10\delta =\frac{\epsilon}{10} 으로 놓자. 그러면 다음이 성립한다.

∣x−4∣<δ∣x−4∣<ϵ10∣x−4∣<ϵx+5∣x−4∣⋅∣x+5∣<ϵx+5⋅∣x+5∣\begin{gathered} |x-4|<\delta \\ |x-4| < \frac{\epsilon}{10}\\ |x-4| < \frac{\epsilon}{x+5}\\ |x-4|\cdot|x+5| < \frac{\epsilon}{x+5}\cdot|x+5|\\ \end{gathered}

xx 가 4 가까이에 있다고 가정하면 x+5x+5 는 양수이므로 오른쪽의 절댓값 기호를 없앨 수 있다.

∣x−4∣⋅∣x+5∣<ϵx+5⋅(x+5)∣x2+x−20∣<ϵ∣(x2+x−5)−15∣<ϵ,\begin{gathered} |x-4|\cdot|x+5| < \frac{\epsilon}{x+5}\cdot(x+5)\\ |x^2+x-20| < \epsilon\\ |(x^2+x-5) -15| < \epsilon, \end{gathered}

이는 우리가 증명하고자 했던 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−4∣<δ|x-4|<\delta, ∣f(x)−15∣<ϵ|f(x)-15|<\epsilon.

Consider ∣f(x)−15∣<ϵ|f(x)-15|<\epsilon, keeping in mind we want to make a statement about ∣x−4∣|x-4|:

∣f(x)−15∣<ϵ∣x2+x−5−15∣<ϵ∣x2+x−20∣<ϵ∣x−4∣⋅∣x+5∣<ϵ∣x−4∣<ϵ/∣x+5∣\begin{gathered} |f(x) -15 | < \epsilon \\ |x^2+x-5 -15 |<\epsilon \\ | x^2+x-20 | < \epsilon \\ | x-4 |\cdot|x+5| < \epsilon \\ | x-4 | < \epsilon/|x+5| \\ \end{gathered}

Since xx is near 4, we can safely assume that, for instance, 3<x<53<x<5. Thus

3+5<x+5<5+58<x+5<10110<1x+5<18ϵ10<ϵx+5<ϵ8\begin{gathered} 3+5<x+5<5+5 \\ 8 < x+5 < 10 \\ \frac{1}{10} < \frac{1}{x+5} < \frac{1}{8} \\ \frac{\epsilon}{10} < \frac{\epsilon}{x+5} < \frac{\epsilon}{8} \\ \end{gathered}

Let δ=ϵ10\delta =\frac{\epsilon}{10}. Then:

∣x−4∣<δ∣x−4∣<ϵ10∣x−4∣<ϵx+5∣x−4∣⋅∣x+5∣<ϵx+5⋅∣x+5∣\begin{gathered} |x-4|<\delta \\ |x-4| < \frac{\epsilon}{10}\\ |x-4| < \frac{\epsilon}{x+5}\\ |x-4|\cdot|x+5| < \frac{\epsilon}{x+5}\cdot|x+5|\\ \end{gathered}

Assuming xx is near 4, x+5x+5 is positive and we can drop the absolute value signs on the right.

∣x−4∣⋅∣x+5∣<ϵx+5⋅(x+5)∣x2+x−20∣<ϵ∣(x2+x−5)−15∣<ϵ,\begin{gathered} |x-4|\cdot|x+5| < \frac{\epsilon}{x+5}\cdot(x+5)\\ |x^2+x-20| < \epsilon\\ |(x^2+x-5) -15| < \epsilon, \end{gathered}

which is what we wanted to prove.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.5절 · 14번
# 극한의 엄밀한 정의(ε-δ)증명·논술자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
22.APEX · 1.2절 · 9번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→1(2x2+3x+1)=6\displaystyle \lim_{x\to 1} \big(2x^2+3x+1\big) = 6

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→1(2x2+3x+1)=6\displaystyle \lim_{x\to 1} \big(2x^2+3x+1\big) = 6

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−1∣<δ|x-1|<\delta 일 때 ∣f(x)−6∣<ϵ|f(x)-6|<\epsilon 이 성립하도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다.

∣x−1∣|x-1| 에 대한 명제를 만들어야 함을 염두에 두고 ∣f(x)−6∣<ϵ|f(x)-6|<\epsilon 을 살펴보자.

∣f(x)−6∣<ϵ∣(2x2+3x+1)−6∣<ϵ∣2x2+3x−5∣<ϵ∣2x+5∣⋅∣x−1∣<ϵ∣x−1∣<ϵ/∣2x+5∣\begin{gathered} |f(x) -6 | < \epsilon \\ |(2x^2+3x+1)-6 |<\epsilon \\ | 2x^2+3x-5 | < \epsilon \\ | 2x+5 |\cdot|x-1| < \epsilon \\ | x-1 | < \epsilon/|2x+5| \\ \end{gathered}

xx 가 1 에 가까우므로, 예를 들어 0<x<20<x<2 라고 가정해도 무방하다. 따라서

0+5<2x+5<4+55<2x+5<919<12x+5<15ϵ9<ϵ2x+5<ϵ5\begin{gathered} 0+5<2x+5<4+5 \\ 5 < 2x+5 < 9 \\ \frac{1}{9} < \frac{1}{2x+5} < \frac{1}{5} \\ \frac{\epsilon}{9} < \frac{\epsilon}{2x+5} < \frac{\epsilon}{5} \\ \end{gathered}

δ=ϵ9\delta =\frac{\epsilon}{9} 라고 하자. 그러면 다음이 성립한다.

∣x−1∣<δ∣x−1∣<ϵ9∣x−1∣<ϵ2x+5∣x−1∣⋅∣2x+5∣<ϵ2x+5⋅∣2x+5∣\begin{gathered} |x-1|<\delta \\ |x-1| < \frac{\epsilon}{9}\\ |x-1| < \frac{\epsilon}{2x+5}\\ |x-1|\cdot|2x+5| < \frac{\epsilon}{2x+5}\cdot|2x+5|\\ \end{gathered}

xx 가 1 에 가깝다고 가정하면 2x+52x+5 는 양수이므로 오른쪽의 절댓값 기호를 없앨 수 있다.

∣x−1∣⋅∣2x+5∣<ϵ2x+5⋅(2x+5)∣2x2+3x−5∣<ϵ∣(2x2+3x+1)−6∣<ϵ,\begin{gathered} |x-1|\cdot|2x+5| < \frac{\epsilon}{2x+5}\cdot(2x+5)\\ |2x^2+3x-5| < \epsilon\\ |(2x^2+3x+1) -6| < \epsilon, \end{gathered}

이는 우리가 증명하고자 했던 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−1∣<δ|x-1|<\delta, ∣f(x)−6∣<ϵ|f(x)-6|<\epsilon.

Consider ∣f(x)−6∣<ϵ|f(x)-6|<\epsilon, keeping in mind we want to make a statement about ∣x−1∣|x-1|:

∣f(x)−6∣<ϵ∣(2x2+3x+1)−6∣<ϵ∣2x2+3x−5∣<ϵ∣2x+5∣⋅∣x−1∣<ϵ∣x−1∣<ϵ/∣2x+5∣\begin{gathered} |f(x) -6 | < \epsilon \\ |(2x^2+3x+1)-6 |<\epsilon \\ | 2x^2+3x-5 | < \epsilon \\ | 2x+5 |\cdot|x-1| < \epsilon \\ | x-1 | < \epsilon/|2x+5| \\ \end{gathered}

Since xx is near 1, we can safely assume that, for instance, 0<x<20<x<2. Thus

0+5<2x+5<4+55<2x+5<919<12x+5<15ϵ9<ϵ2x+5<ϵ5\begin{gathered} 0+5<2x+5<4+5 \\ 5 < 2x+5 < 9 \\ \frac{1}{9} < \frac{1}{2x+5} < \frac{1}{5} \\ \frac{\epsilon}{9} < \frac{\epsilon}{2x+5} < \frac{\epsilon}{5} \\ \end{gathered}

Let δ=ϵ9\delta =\frac{\epsilon}{9}. Then:

∣x−1∣<δ∣x−1∣<ϵ9∣x−1∣<ϵ2x+5∣x−1∣⋅∣2x+5∣<ϵ2x+5⋅∣2x+5∣\begin{gathered} |x-1|<\delta \\ |x-1| < \frac{\epsilon}{9}\\ |x-1| < \frac{\epsilon}{2x+5}\\ |x-1|\cdot|2x+5| < \frac{\epsilon}{2x+5}\cdot|2x+5|\\ \end{gathered}

Assuming xx is near 1, 2x+52x+5 is positive and we can drop the absolute value signs on the right.

∣x−1∣⋅∣2x+5∣<ϵ2x+5⋅(2x+5)∣2x2+3x−5∣<ϵ∣(2x2+3x+1)−6∣<ϵ,\begin{gathered} |x-1|\cdot|2x+5| < \frac{\epsilon}{2x+5}\cdot(2x+5)\\ |2x^2+3x-5| < \epsilon\\ |(2x^2+3x+1) -6| < \epsilon, \end{gathered}

which is what we wanted to prove.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.5절 · 10번
# 극한의 엄밀한 정의(ε-δ)증명·논술자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
23.APEX · 1.2절 · 10번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→2(x3−1)=7\displaystyle \lim_{x\to 2} \big(x^3-1\big) = 7

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→2(x3−1)=7\displaystyle \lim_{x\to 2} \big(x^3-1\big) = 7

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−2∣<δ|x-2|<\delta 일 때 ∣f(x)−7∣<ϵ|f(x)-7|<\epsilon 이 성립하도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다.

∣x−2∣|x-2| 에 대한 식을 만들어야 함을 염두에 두고 ∣f(x)−7∣<ϵ|f(x)-7|<\epsilon 을 살펴보자.

∣f(x)−7∣<ϵ∣x3−1−7∣<ϵ∣x3−8∣<ϵ∣x−2∣⋅∣x2+2x+4∣<ϵ∣x−3∣<ϵ/∣x2+2x+4∣\begin{gathered} |f(x) -7 | < \epsilon \\ |x^3-1 -7 |<\epsilon \\ | x^3-8 | < \epsilon \\ | x-2 |\cdot|x^2+2x+4| < \epsilon \\ | x-3 | < \epsilon/|x^2+2x+4| \\ \end{gathered}

xx 가 2 에 가까우므로, 예를 들어 1<x<31<x<3 이라고 가정해도 무방하다. 따라서

12+2⋅1+4<x2+2x+4<32+2⋅3+47<x2+2x+4<19119<1x2+2x+4<17ϵ19<ϵx2+2x+4<ϵ7\begin{gathered} 1^2+2\cdot1+4<x^2+2x+4<3^2+2\cdot3+4 \\ 7 < x^2+2x+4 < 19 \\ \frac{1}{19} < \frac{1}{x^2+2x+4} < \frac{1}{7} \\ \frac{\epsilon}{19} < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4} < \frac{\epsilon}{7} \\ \end{gathered}

δ=ϵ19\delta =\frac{\epsilon}{19} 라 하자. 그러면 다음이 성립한다.

∣x−2∣<δ∣x−2∣<ϵ19∣x−2∣<ϵx2+2x+4∣x−2∣⋅∣x2+2x+4∣<ϵx2+2x+4⋅∣x2+2x+4∣\begin{gathered} |x-2|<\delta \\ |x-2| < \frac{\epsilon}{19}\\ |x-2| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\\ |x-2|\cdot|x^2+2x+4| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\cdot|x^2+2x+4|\\ \end{gathered}

xx 가 2 에 가깝다고 가정하면 x2+2x+4x^2+2x+4 는 양수이므로 오른쪽의 절댓값 기호를 없앨 수 있다.

∣x−2∣⋅∣x2+2x+4∣<ϵx2+2x+4⋅(x2+2x+4)∣x3−8∣<ϵ∣(x3−1)−7∣<ϵ,\begin{gathered} |x-2|\cdot|x^2+2x+4| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\cdot(x^2+2x+4)\\ |x^3-8| < \epsilon\\ |(x^3-1) - 7| < \epsilon, \end{gathered}

이는 우리가 증명하려던 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−2∣<δ|x-2|<\delta, ∣f(x)−7∣<ϵ|f(x)-7|<\epsilon.

Consider ∣f(x)−7∣<ϵ|f(x)-7|<\epsilon, keeping in mind we want to make a statement about ∣x−2∣|x-2|:

∣f(x)−7∣<ϵ∣x3−1−7∣<ϵ∣x3−8∣<ϵ∣x−2∣⋅∣x2+2x+4∣<ϵ∣x−3∣<ϵ/∣x2+2x+4∣\begin{gathered} |f(x) -7 | < \epsilon \\ |x^3-1 -7 |<\epsilon \\ | x^3-8 | < \epsilon \\ | x-2 |\cdot|x^2+2x+4| < \epsilon \\ | x-3 | < \epsilon/|x^2+2x+4| \\ \end{gathered}

Since xx is near 2, we can safely assume that, for instance, 1<x<31<x<3. Thus

12+2⋅1+4<x2+2x+4<32+2⋅3+47<x2+2x+4<19119<1x2+2x+4<17ϵ19<ϵx2+2x+4<ϵ7\begin{gathered} 1^2+2\cdot1+4<x^2+2x+4<3^2+2\cdot3+4 \\ 7 < x^2+2x+4 < 19 \\ \frac{1}{19} < \frac{1}{x^2+2x+4} < \frac{1}{7} \\ \frac{\epsilon}{19} < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4} < \frac{\epsilon}{7} \\ \end{gathered}

Let δ=ϵ19\delta =\frac{\epsilon}{19}. Then:

∣x−2∣<δ∣x−2∣<ϵ19∣x−2∣<ϵx2+2x+4∣x−2∣⋅∣x2+2x+4∣<ϵx2+2x+4⋅∣x2+2x+4∣\begin{gathered} |x-2|<\delta \\ |x-2| < \frac{\epsilon}{19}\\ |x-2| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\\ |x-2|\cdot|x^2+2x+4| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\cdot|x^2+2x+4|\\ \end{gathered}

Assuming xx is near 2, x2+2x+4x^2+2x+4 is positive and we can drop the absolute value signs on the right.

∣x−2∣⋅∣x2+2x+4∣<ϵx2+2x+4⋅(x2+2x+4)∣x3−8∣<ϵ∣(x3−1)−7∣<ϵ,\begin{gathered} |x-2|\cdot|x^2+2x+4| < \frac{\epsilon}{x^2+2x+4}\cdot(x^2+2x+4)\\ |x^3-8| < \epsilon\\ |(x^3-1) - 7| < \epsilon, \end{gathered}

which is what we wanted to prove.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.5절 · 28번
# 극한의 엄밀한 정의(ε-δ)증명·논술자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
24.APEX · 1.2절 · 11번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→25=5\displaystyle \lim_{x\to 2} 5 = 5

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→25=5\displaystyle \lim_{x\to 2} 5 = 5

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−2∣<δ|x-2|<\delta 일 때 ∣f(x)−5∣<ϵ|f(x)-5|<\epsilon 이 성립하도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다. 그런데 f(x)=5f(x)=5 는 상수함수이므로 뒤의 부등식은 단순히 ∣5−5∣<ϵ|5-5|<\epsilon 이며, 이는 항상 참이다. 따라서 δ\delta 를 원하는 대로 택할 수 있으며, 여기서는 임의로 δ=ϵ\delta =\epsilon 으로 택한다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−2∣<δ|x-2|<\delta, ∣f(x)−5∣<ϵ|f(x)-5|<\epsilon. However, since f(x)=5f(x)=5, a constant function, the latter inequality is simply ∣5−5∣<ϵ|5-5|<\epsilon, which is always true. Thus we can choose any δ\delta we like; we arbitrarily choose δ=ϵ\delta =\epsilon.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.5절 · 8번
# 극한의 엄밀한 정의(ε-δ)증명·논술자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
25.APEX · 1.2절 · 12번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→0(e2x−1)=0\displaystyle \lim_{x\to 0} \big(e^{2x}-1\big) = 0

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→0(e2x−1)=0\displaystyle \lim_{x\to 0} \big(e^{2x}-1\big) = 0

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−0∣<δ|x-0|<\delta 일 때 ∣f(x)−0∣<ϵ|f(x)-0|<\epsilon 이 되도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다.

∣x−0∣|x-0| (즉, ∣x∣|x|)에 대한 식을 얻는 것이 목표임을 염두에 두고 ∣f(x)−0∣<ϵ|f(x)-0|<\epsilon 을 살펴보자:

∣f(x)−0∣<ϵ∣e2x−1∣<ϵ−ϵ<e2x−1<ϵ1−ϵ<e2x<1+ϵln⁡(1−ϵ)<2x<ln⁡(1+ϵ)ln⁡(1−ϵ)2<x<ln⁡(1+ϵ)2\begin{gathered} |f(x) -0 | < \epsilon \\ |e^{2x}-1 |<\epsilon \\ -\epsilon< e^{2x}-1 < \epsilon \\ 1-\epsilon< e^{2x} < 1+\epsilon \\ \ln (1-\epsilon) < 2x < \ln (1+\epsilon) \\ \frac{\ln (1-\epsilon)}{2} < x < \frac{\ln (1+\epsilon)}{2} \\ \end{gathered}

δ=min⁡{∣ln⁡(1−ϵ)2∣,ln⁡(1+ϵ)2}=ln⁡(1+ϵ)2\delta = \min\left\{\left|\frac{\ln(1-\epsilon)}{2}\right|,\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}\right\}=\frac{\ln(1+\epsilon)}{2} 라고 하자.

그러면:

∣x∣<δ∣x∣<ln⁡(1+ϵ)2<∣ln⁡(1−ϵ)2∣ln⁡(1−ϵ)2<x<ln⁡(1+ϵ)2ln⁡(1−ϵ)<2x<ln⁡(1+ϵ)1−ϵ<e2x<1+ϵ−ϵ<e2x−1<ϵ∣e2x−1−(0)∣<ϵ,\begin{gathered} |x| < \delta \\ |x| <\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}<\left|\frac{\ln(1-\epsilon)}{2}\right| \\ \frac{\ln(1-\epsilon)}{2} < x < \frac{\ln(1+\epsilon)}{2}\\ \ln(1-\epsilon)< 2x < \ln(1+\epsilon)\\ 1-\epsilon < e^{2x} < 1+\epsilon\\ -\epsilon < e^{2x}-1 < \epsilon\\ |e^{2x}-1-(0)| < \epsilon, \end{gathered}

이는 우리가 증명하려던 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−0∣<δ|x-0|<\delta, ∣f(x)−0∣<ϵ|f(x)-0|<\epsilon.

Consider ∣f(x)−0∣<ϵ|f(x)-0|<\epsilon, keeping in mind we want to make a statement about ∣x−0∣|x-0| (i.e., ∣x∣|x|):

∣f(x)−0∣<ϵ∣e2x−1∣<ϵ−ϵ<e2x−1<ϵ1−ϵ<e2x<1+ϵln⁡(1−ϵ)<2x<ln⁡(1+ϵ)ln⁡(1−ϵ)2<x<ln⁡(1+ϵ)2\begin{gathered} |f(x) -0 | < \epsilon \\ |e^{2x}-1 |<\epsilon \\ -\epsilon< e^{2x}-1 < \epsilon \\ 1-\epsilon< e^{2x} < 1+\epsilon \\ \ln (1-\epsilon) < 2x < \ln (1+\epsilon) \\ \frac{\ln (1-\epsilon)}{2} < x < \frac{\ln (1+\epsilon)}{2} \\ \end{gathered}

Let δ=min⁡{∣ln⁡(1−ϵ)2∣,ln⁡(1+ϵ)2}=ln⁡(1+ϵ)2.\delta = \min\left\{\left|\frac{\ln(1-\epsilon)}{2}\right|,\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}\right\}=\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}.

Thus:

∣x∣<δ∣x∣<ln⁡(1+ϵ)2<∣ln⁡(1−ϵ)2∣ln⁡(1−ϵ)2<x<ln⁡(1+ϵ)2ln⁡(1−ϵ)<2x<ln⁡(1+ϵ)1−ϵ<e2x<1+ϵ−ϵ<e2x−1<ϵ∣e2x−1−(0)∣<ϵ,\begin{gathered} |x| < \delta \\ |x| <\frac{\ln(1+\epsilon)}{2}<\left|\frac{\ln(1-\epsilon)}{2}\right| \\ \frac{\ln(1-\epsilon)}{2} < x < \frac{\ln(1+\epsilon)}{2}\\ \ln(1-\epsilon)< 2x < \ln(1+\epsilon)\\ 1-\epsilon < e^{2x} < 1+\epsilon\\ -\epsilon < e^{2x}-1 < \epsilon\\ |e^{2x}-1-(0)| < \epsilon, \end{gathered}

which is what we wanted to prove.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 1.2절 · 3번
# 극한의 엄밀한 정의(ε-δ)증명·논술자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
26.APEX · 1.2절 · 13번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→11x=1\displaystyle \lim_{x\to 1} \frac1x = 1

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→11x=1\displaystyle \lim_{x\to 1} \frac1x = 1

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−1∣<δ|x-1|<\delta 일 때 ∣f(x)−1∣<ϵ|f(x)-1|<\epsilon 이 되도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다.

∣x−1∣|x-1| 에 대한 식을 얻는 것이 목표임을 염두에 두고 ∣f(x)−1∣<ϵ|f(x)-1|<\epsilon 을 살펴보자:

∣f(x)−1∣<ϵ∣1/x−1∣<ϵ∣(1−x)/x∣<ϵ∣x−1∣/∣x∣<ϵ∣x−1∣<ϵ⋅∣x∣\begin{gathered} |f(x) -1 | < \epsilon \\ |1/x-1 |<\epsilon \\ | (1-x)/x | < \epsilon \\ | x-1 |/|x| < \epsilon \\ | x-1 | < \epsilon\cdot|x| \\ \end{gathered}

xx 가 1 에 가까우므로, 예를 들어 1/2<x<3/21/2<x<3/2 라고 가정해도 안전하다. 따라서 ϵ/2<ϵ⋅x\epsilon/2 < \epsilon\cdot x 이다.

δ=ϵ2\delta =\frac{\epsilon}{2} 라고 하자. 그러면:

∣x−1∣<δ∣x−1∣<ϵ2∣x−1∣<ϵ⋅x∣x−1∣/x<ϵ\begin{gathered} |x-1|<\delta \\ |x-1| < \frac{\epsilon}{2}\\ |x-1| < \epsilon\cdot x\\ |x-1|/x < \epsilon\\ \end{gathered}

xx 가 1 에 가깝다고 가정하면 xx 는 양수이므로, 이를 왼쪽의 절댓값 기호 안으로 넣을 수 있다.

∣(x−1)/x∣<ϵ∣1−1/x∣<ϵ∣(1/x)−1∣<ϵ,\begin{gathered} |(x-1)/x| < \epsilon\\ |1-1/x| < \epsilon\\ |(1/x) -1| < \epsilon, \end{gathered}

이는 우리가 증명하려던 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−1∣<δ|x-1|<\delta, ∣f(x)−1∣<ϵ|f(x)-1|<\epsilon.

Consider ∣f(x)−1∣<ϵ|f(x)-1|<\epsilon, keeping in mind we want to make a statement about ∣x−1∣|x-1|:

∣f(x)−1∣<ϵ∣1/x−1∣<ϵ∣(1−x)/x∣<ϵ∣x−1∣/∣x∣<ϵ∣x−1∣<ϵ⋅∣x∣\begin{gathered} |f(x) -1 | < \epsilon \\ |1/x-1 |<\epsilon \\ | (1-x)/x | < \epsilon \\ | x-1 |/|x| < \epsilon \\ | x-1 | < \epsilon\cdot|x| \\ \end{gathered}

Since xx is near 1, we can safely assume that, for instance, 1/2<x<3/21/2<x<3/2. Thus ϵ/2<ϵ⋅x\epsilon/2 < \epsilon\cdot x .

Let δ=ϵ2\delta =\frac{\epsilon}{2}. Then:

∣x−1∣<δ∣x−1∣<ϵ2∣x−1∣<ϵ⋅x∣x−1∣/x<ϵ\begin{gathered} |x-1|<\delta \\ |x-1| < \frac{\epsilon}{2}\\ |x-1| < \epsilon\cdot x\\ |x-1|/x < \epsilon\\ \end{gathered}

Assuming xx is near 1, xx is positive and we can bring it into the absolute value signs on the left.

∣(x−1)/x∣<ϵ∣1−1/x∣<ϵ∣(1/x)−1∣<ϵ,\begin{gathered} |(x-1)/x| < \epsilon\\ |1-1/x| < \epsilon\\ |(1/x) -1| < \epsilon, \end{gathered}

which is what we wanted to prove.

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27.APEX · 1.2절 · 14번대학 수준우리말 번역

연습문제 5–14에서, ϵ−δ\epsilon - \delta 증명을 이용하여 주어진 극한을 증명하세요.

lim⁡x→0sin⁡x=0\displaystyle \lim_{x\to 0} \sin x= 0 (힌트: ∣sin⁡x∣≤∣x∣|\sin x| \leq |x| 이고, 등호는 x=0x=0 일 때만 성립한다는 사실을 이용하세요.)

영어 원문 보기

In Exercises 5–14, prove the given limit using an ϵ−δ\epsilon - \delta proof.

lim⁡x→0sin⁡x=0\displaystyle \lim_{x\to 0} \sin x= 0 (Hint: use the fact that ∣sin⁡x∣≤∣x∣|\sin x| \leq |x|, with equality only when x=0x=0.)

정답·풀이 보기

ϵ>0\epsilon >0 이 주어졌다고 하자. ∣x−0∣<δ|x-0|<\delta 일 때 ∣f(x)−0∣<ϵ|f(x)-0|<\epsilon 이 되도록 하는 δ>0\delta >0 을 찾으려 한다. 더 간단히 말하면, ∣x∣<δ|x|<\delta 일 때 ∣sin⁡x∣<ϵ|\sin x| < \epsilon 임을 보이려는 것이다.

δ=ϵ\delta = \epsilon 으로 놓는다. ∣x∣<δ|x|<\delta 라고 가정하는 것에서 시작한다. 힌트를 이용하면 ∣sin⁡x∣<∣x∣<δ=ϵ|\sin x | < |x| < \delta = \epsilon 이다. 따라서 ∣x∣<δ|x|<\delta 이면 ∣sin⁡x∣<ϵ|\sin x| < \epsilon 임을 곧바로 알 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Let ϵ>0\epsilon >0 be given. We wish to find δ>0\delta >0 such that when ∣x−0∣<δ|x-0|<\delta, ∣f(x)−0∣<ϵ|f(x)-0|<\epsilon. In simpler terms, we want to show that when ∣x∣<δ|x|<\delta, ∣sin⁡x∣<ϵ|\sin x| < \epsilon.

Set δ=ϵ\delta = \epsilon. We start with assuming that ∣x∣<δ|x|<\delta. Using the hint, we have that ∣sin⁡x∣<∣x∣<δ=ϵ|\sin x | < |x| < \delta = \epsilon. Hence if ∣x∣<δ|x|<\delta, we know immediately that ∣sin⁡x∣<ϵ|\sin x| < \epsilon.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.5절 · 30번
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