문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

로피탈 정리

0/0, ∞/∞ 등 부정형의 극한을 분자·분모를 미분해서 구한다

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

96문제 · 5 / 5쪽

81.CLP-1 · 3.7절 · 11번대학 수준우리말 번역

극한 lim⁡x→01−cos⁡xsin⁡2x\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{1-\cos x}{\sin^2 x} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→01−cos⁡xsin⁡2x\lim\limits_{x\rightarrow0}\dfrac{1-\cos x}{\sin^2 x}.

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lim⁡x→01−cos⁡xsin⁡2x⏟num→0den→0=lim⁡x→0sin⁡x2sin⁡xcos⁡x=lim⁡x→012cos⁡x=12\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow0}\underbrace{\frac{1-\cos x}{\sin^2 x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} &= \lim_{x\rightarrow0}\frac{\sin x}{2\sin x\cos x} =\lim_{x\rightarrow0}\frac{1}{2\cos x} ={\frac{1}{2}} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→01−cos⁡xsin⁡2x⏟num→0den→0=lim⁡x→0sin⁡x2sin⁡xcos⁡x=lim⁡x→012cos⁡x=12\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow0}\underbrace{\frac{1-\cos x}{\sin^2 x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} &= \lim_{x\rightarrow0}\frac{\sin x}{2\sin x\cos x} =\lim_{x\rightarrow0}\frac{1}{2\cos x} ={\frac{1}{2}} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 10번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
82.CLP-1 · 3.7절 · 12번대학 수준우리말 번역

극한 lim⁡x→0xsec⁡x\displaystyle \lim_{x \to 0}\dfrac{x}{\sec x} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→0xsec⁡x\displaystyle \lim_{x \to 0}\dfrac{x}{\sec x}.

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x=0x=0 을 대입하면 분자는 0이고, 분모는

sec⁡0=1cos⁡0=11=1\sec 0 = \dfrac{1}{\cos 0}=\dfrac{1}{1}=1 이다. 따라서 극한은 01=0\dfrac{0}{1}=0 이다.

주의할 점: 이 분수는 부정형이 아니므로 여기에서는 로피탈 법칙을 쓸 수 없다. 분자와 분모를 각각 미분하면, 극한이 존재하지 않는 식을 얻게 된다.

lim⁡x→01sec⁡xtan⁡x=lim⁡x→0cos⁡x⋅cos⁡xsin⁡x=DNE\displaystyle \lim_{x \to 0}\dfrac{1}{\sec x \tan x}=\displaystyle \lim_{x \to 0}\cos x\cdot \dfrac{\cos x}{\sin x}=DNE.

원본 교재 풀이(영어)

If we plug in x=0x=0, the numerator is zero, and the denominator is

sec⁡0=1cos⁡0=11=1\sec 0 = \dfrac{1}{\cos 0}=\dfrac{1}{1}=1. So the limit is 01=0\dfrac{0}{1}=0.

Be careful: you cannot use l'Hopital's Rule here, because the fraction does not give an indeterminate form. If you try to differentiate the numerator and the denominator, you get an expression whose limit does not exist:

lim⁡x→01sec⁡xtan⁡x=lim⁡x→0cos⁡x⋅cos⁡xsin⁡x=DNE\displaystyle \lim_{x \to 0}\dfrac{1}{\sec x \tan x}=\displaystyle \lim_{x \to 0}\cos x\cdot \dfrac{\cos x}{\sin x}=DNE.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 11번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
83.CLP-1 · 3.7절 · 13번대학 수준우리말 번역

극한 lim⁡x→0csc⁡x⋅tan⁡x⋅(x2+5)ex\displaystyle \lim_{x\to0}\dfrac{\csc x\cdot \tan x\cdot (x^2+5)}{e^x} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→0csc⁡x⋅tan⁡x⋅(x2+5)ex\displaystyle \lim_{x\to0}\dfrac{\csc x\cdot \tan x\cdot (x^2+5)}{e^x}.

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분모에 x=0x=0 을 대입하면 1이다. 그러나 분자는 부정형이다. tan⁡0=0\tan 0 =0 이지만 lim⁡x→0+csc⁡x=∞\displaystyle \lim_{x \to 0^+}\csc x=\infty 이고 lim⁡x→0−csc⁡x=−∞\displaystyle \lim_{x \to 0^-}\csc x=-\infty 이기 때문이다. csc⁡x=1sin⁡x\csc x = \frac{1}{\sin x} 를 쓰면 주어진 식은 다음과 같이 된다.

lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅exx=0 을 대입하면 분자와 분모가 모두 0이 되므로 로피탈 법칙을 쓸 수 있는 후보이다. 그러나 먼저 삼각함수를 간단히 하는 것이 훨씬 쉬운 방법이다.lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0sin⁡x⋅(x2+5)cos⁡x⋅sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0x2+5cos⁡x⋅ex=02+5cos⁡(0)⋅e0=5\begin{aligned} \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}& \\ \text{$x=0$ 을 대입하면 분자와 분모가 모두 0이 되므로 로피탈 법칙을 쓸 수 있는 후보이다. 그러나 먼저 삼각함수를 간단히 하는 것이 훨씬 쉬운 방법이다.} \\ \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}&= \lim_{x\to0}\frac{\sin x\cdot (x^2+5)}{\cos x \cdot\sin x \cdot e^x}\\&= \lim_{x\to0}\frac{x^2+5}{\cos x \cdot e^x}\\ &=\frac{0^2+5}{\cos(0)\cdot e^0}=5 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If we plug x=0x=0 into the denominator, we get 1. However, the numerator is an indeterminate form: tan⁡0=0\tan 0 =0, while lim⁡x→0+csc⁡x=∞\displaystyle \lim_{x \to 0^+}\csc x=\infty and lim⁡x→0−csc⁡x=−∞\displaystyle \lim_{x \to 0^-}\csc x=-\infty. If we use csc⁡x=1sin⁡x\csc x = \frac{1}{\sin x}, our expression becomes

lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅exSince plugging in x=0 makes both the numerator and the denominator equal to zero, this is a candidate for l’Hoˆspital’s Rule. However, a much easier way is to simplify the trig first.lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0sin⁡x⋅(x2+5)cos⁡x⋅sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0x2+5cos⁡x⋅ex=02+5cos⁡(0)⋅e0=5\begin{aligned} \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}& \\ \text{Since plugging in $x=0$ makes both the numerator and the denominator equal to zero, this is a candidate for l'H\^ospital's Rule. However, a much easier way is to simplify the trig first.} \\ \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}&= \lim_{x\to0}\frac{\sin x\cdot (x^2+5)}{\cos x \cdot\sin x \cdot e^x}\\&= \lim_{x\to0}\frac{x^2+5}{\cos x \cdot e^x}\\ &=\frac{0^2+5}{\cos(0)\cdot e^0}=5 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 12번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
84.CLP-1 · 3.7절 · 14번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→∞2x2+1−x2+x\displaystyle \lim_{x \to \infty}\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→∞2x2+1−x2+x\displaystyle \lim_{x \to \infty}\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x}.

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lim⁡x→∞2x2+1−x2+x\displaystyle \lim_{x \to \infty}\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x} 은 ∞−∞\infty - \infty 꼴의 부정형이다. 상황을 더 잘 파악하기 위해 유리화해 보자.

lim⁡x→∞2x2+1−x2+x=lim⁡x→∞(2x2+1−x2+x)(2x2+1+x2+x2x2+1+x2+x)=lim⁡x→∞(2x2+1)−(x2+x)2x2+1+x2+x=lim⁡x→∞x2−x+12x2+1+x2+x여기서 ∞∞ 꼴의 부정형이므로 로피탈의 정리를 쓸 수 있다. 그러나 여기에 적용하려 하면 식이 금방 매우 복잡해진다. 대신 이전에 이런 꼴의 극한을 어떻게 처리했는지 떠올려 보자. 분모의 최고차항인 x 로 묶어 낸다.=lim⁡x→∞x(x−1+1x)x2(2+1x2)+x2(1+1x)=lim⁡x→∞x(x−1+1x)x(2+1x2+1+1x)=lim⁡x→∞x−1+1x2+1x2+1+1x⏟num→∞den→2+1=∞\begin{aligned} \lim_{x \to \infty}\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x}&= \lim_{x \to \infty}\left(\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x}\right)\left( \frac{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}}{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}}\right)\\ &=\lim_{x \to \infty} \frac{(2x^2+1)-(x^2+x)}{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}}= \lim_{x \to \infty} \frac{x^2-x+1}{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}} \\ \text{여기서 $\frac{\infty}{\infty}$ 꼴의 부정형이므로 로피탈의 정리를 쓸 수 있다. 그러나 여기에 적용하려 하면 식이 금방 매우 복잡해진다. 대신 이전에 이런 꼴의 극한을 어떻게 처리했는지 떠올려 보자. 분모의 최고차항인 $x$ 로 묶어 낸다.} \\ &=\lim_{x \to \infty} \frac{x\left(x-1+\frac{1}{x}\right)}{\sqrt{x^2(2+\frac{1}{x^2})}+\sqrt{x^2(1+\frac{1}{x})}}\\ &=\lim_{x \to \infty} \frac{x\left(x-1+\frac{1}{x}\right)}{x\left(\sqrt{2+\frac{1}{x^2}}+\sqrt{1+\frac{1}{x}}\right)}\\ &=\lim_{x \to \infty} \underbrace{\frac{x-1+\frac{1}{x}}{\sqrt{2+\frac{1}{x^2}}+\sqrt{1+\frac{1}{x}}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to \sqrt{2}+1}}\\ &=\infty \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→∞2x2+1−x2+x\displaystyle \lim_{x \to \infty}\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x} has the indeterminate form ∞−∞\infty - \infty. To get a better idea of what's going on, let's rationalize.

lim⁡x→∞2x2+1−x2+x=lim⁡x→∞(2x2+1−x2+x)(2x2+1+x2+x2x2+1+x2+x)=lim⁡x→∞(2x2+1)−(x2+x)2x2+1+x2+x=lim⁡x→∞x2−x+12x2+1+x2+xHere, we have the indeterminate form ∞∞, so l’Hoˆpital’s Rule applies. However, if we try to use it here, we quickly get a huge mess. Instead, remember how we dealt with these kinds of limits in the past: factor out the highest power of the denominator, which is x.=lim⁡x→∞x(x−1+1x)x2(2+1x2)+x2(1+1x)=lim⁡x→∞x(x−1+1x)x(2+1x2+1+1x)=lim⁡x→∞x−1+1x2+1x2+1+1x⏟num→∞den→2+1=∞\begin{aligned} \lim_{x \to \infty}\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x}&= \lim_{x \to \infty}\left(\sqrt{2x^2+1}-\sqrt{x^2+x}\right)\left( \frac{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}}{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}}\right)\\ &=\lim_{x \to \infty} \frac{(2x^2+1)-(x^2+x)}{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}}= \lim_{x \to \infty} \frac{x^2-x+1}{\sqrt{2x^2+1}+\sqrt{x^2+x}} \\ \text{Here, we have the indeterminate form $\frac{\infty}{\infty}$, so l'H\^opital's Rule applies. However, if we try to use it here, we quickly get a huge mess. Instead, remember how we dealt with these kinds of limits in the past: factor out the highest power of the denominator, which is $x$.} \\ &=\lim_{x \to \infty} \frac{x\left(x-1+\frac{1}{x}\right)}{\sqrt{x^2(2+\frac{1}{x^2})}+\sqrt{x^2(1+\frac{1}{x})}}\\ &=\lim_{x \to \infty} \frac{x\left(x-1+\frac{1}{x}\right)}{x\left(\sqrt{2+\frac{1}{x^2}}+\sqrt{1+\frac{1}{x}}\right)}\\ &=\lim_{x \to \infty} \underbrace{\frac{x-1+\frac{1}{x}}{\sqrt{2+\frac{1}{x^2}}+\sqrt{1+\frac{1}{x}}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to \sqrt{2}+1}}\\ &=\infty \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 22번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
85.CLP-1 · 3.7절 · 15번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0sin⁡(x3+3x2)sin⁡2x\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{\sin(x^3+3x^2)}{\sin^2x} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→0sin⁡(x3+3x2)sin⁡2x\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{\sin(x^3+3x^2)}{\sin^2x}.

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x=0x=0 을 대입하면 분자와 분모가 모두 0이 된다. 따라서 로피탈의 법칙을 적용할 수 있는 부정형 중 하나이다.

lim⁡x→0sin⁡(x3+3x2)sin⁡2x⏟num→0den→0=lim⁡x→0(3x2+6x)cos⁡(x3+3x2)2sin⁡xcos⁡xx=0 을 대입해도 여전히 분자와 분모가 모두 0으로 간다. 로피탈의 법칙을 한 번 더 적용할 수도 있다. 그러나 도함수가 다소 복잡해지므로, 극한의 성질을 이용하여 분수를 두 분수의 곱으로 나눈다. 두 극한이 모두 존재하면:lim⁡x→0(3x2+6x)cos⁡(x3+3x2)2sin⁡xcos⁡x=(lim⁡x→0x2+2xsin⁡x)⋅(lim⁡x→03cos⁡(x3+3x2)2cos⁡x)오른쪽 극한은 x=0 을 그대로 대입하여 구할 수 있다:=32lim⁡x→0x2+2xsin⁡x⏟num→0den→0=32lim⁡x→02x+2cos⁡x=32(21)=3\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{\sin(x^3+3x^2)}{\sin^2x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} &= \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{(3x^2+6x)\cos(x^3+3x^2)}{2\sin x\cos x} \\ \text{$x=0$ 을 대입해도 여전히 분자와 분모가 모두 0으로 간다. 로피탈의 법칙을 한 번 더 적용할 수도 있다. 그러나 도함수가 다소 복잡해지므로, 극한의 성질을 이용하여 분수를 두 분수의 곱으로 나눈다. 두 극한이 모두 존재하면:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{(3x^2+6x)\cos(x^3+3x^2)}{2\sin x\cos x}&=\left(\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{x^2+2x}{\sin x}\right)\cdot \left(\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{3\cos(x^3+3x^2)}{2\cos x}\right) \\ \text{오른쪽 극한은 $x=0$ 을 그대로 대입하여 구할 수 있다:} \\ &=\dfrac{3}{2}\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{x^2+2x}{\sin x}}_ {\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} \\ &= \dfrac{3}{2}\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2x+2}{\cos x}\\ &=\frac{3}{2}\left(\frac{2}{1}\right)=3\end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If we plug in x=0x=0, both numerator and denominator become zero. So, we have exactly one of the indeterminate forms that l'Hopital's Rule applies to.

lim⁡x→0sin⁡(x3+3x2)sin⁡2x⏟num→0den→0=lim⁡x→0(3x2+6x)cos⁡(x3+3x2)2sin⁡xcos⁡xIf we plug in x=0, still we find that both the numerator and the denominator go to zero. We could jump in with another iteration of l’Hoˆpital’s Rule. However, the derivatives would be a little messy, so we use limit laws and break up the fraction into the product of two fractions. If both limits exist:lim⁡x→0(3x2+6x)cos⁡(x3+3x2)2sin⁡xcos⁡x=(lim⁡x→0x2+2xsin⁡x)⋅(lim⁡x→03cos⁡(x3+3x2)2cos⁡x)We can evaluate the right-hand limit by simply plugging in x=0:=32lim⁡x→0x2+2xsin⁡x⏟num→0den→0=32lim⁡x→02x+2cos⁡x=32(21)=3\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{\sin(x^3+3x^2)}{\sin^2x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} &= \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{(3x^2+6x)\cos(x^3+3x^2)}{2\sin x\cos x} \\ \text{If we plug in $x=0$, still we find that both the numerator and the denominator go to zero. We could jump in with another iteration of l'H\^opital's Rule. However, the derivatives would be a little messy, so we use limit laws and break up the fraction into the product of two fractions. If both limits exist:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{(3x^2+6x)\cos(x^3+3x^2)}{2\sin x\cos x}&=\left(\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{x^2+2x}{\sin x}\right)\cdot \left(\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{3\cos(x^3+3x^2)}{2\cos x}\right) \\ \text{We can evaluate the right-hand limit by simply plugging in $x=0$:} \\ &=\dfrac{3}{2}\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{x^2+2x}{\sin x}}_ {\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} \\ &= \dfrac{3}{2}\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2x+2}{\cos x}\\ &=\frac{3}{2}\left(\frac{2}{1}\right)=3\end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 14번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
86.CLP-1 · 3.7절 · 16번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→1log⁡(x3)x2−1\lim\limits_{x\rightarrow1}\dfrac{\log(x^3)}{x^2-1} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→1log⁡(x3)x2−1\lim\limits_{x\rightarrow1}\dfrac{\log(x^3)}{x^2-1}.

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lim⁡x→1log⁡(x3)x2−1=lim⁡x→13log⁡(x)x2−1⏟num→0den→0=lim⁡x→13/x2x=32\lim_{x\rightarrow1}\frac{\log(x^3)}{x^2-1} =\lim_{x\rightarrow1}\underbrace{\frac{3\log(x)}{x^2-1}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} =\lim_{x\rightarrow1}\frac{3/x}{2x} =\frac{3}{2}

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→1log⁡(x3)x2−1=lim⁡x→13log⁡(x)x2−1⏟num→0den→0=lim⁡x→13/x2x=32\lim_{x\rightarrow1}\frac{\log(x^3)}{x^2-1} =\lim_{x\rightarrow1}\underbrace{\frac{3\log(x)}{x^2-1}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} =\lim_{x\rightarrow1}\frac{3/x}{2x} =\frac{3}{2}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 24번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
87.CLP-1 · 3.7절 · 17번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0e−1/x2x4\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{e^{-1/x^2}}{x^4} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0e−1/x2x4\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{e^{-1/x^2}}{x^4}.

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  • 풀이 1. lim⁡x→0e−1/x2x4=lim⁡x→01x4e1/x2⏟num→∞den→∞=lim⁡x→0−4x5−2x3e1/x2=lim⁡x→02x2e1/x2⏟num→∞den→∞=lim⁡x→0−4x3−2x3e1/x2=lim⁡x→02e1/x2=0\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{-1/x^2}}{x^4} =\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{\frac{1}{x^4}}{e^{1/x^2}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\frac{-4}{x^5}}{\frac{-2}{x^3}e^{1/x^2}} =\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{\frac{2}{x^2}}{e^{1/x^2}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\frac{-4}{x^3}}{\frac{-2}{x^3}e^{1/x^2}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{2}{e^{1/x^2}} ={0} 이는 x→0x\rightarrow 0 일 때 지수 1x2→∞\frac{1}{x^2}\rightarrow\infty 이므로 e1/x2→∞e^{1/x^2}\rightarrow\infty 이고 e−1/x2→0e^{-1/x^2}\rightarrow 0 이기 때문이다.
  • 풀이 2. lim⁡x→0e−1/x2x4=lim⁡t=1x2→∞e−tt−2=lim⁡t→∞t2et⏟num→∞den→∞=lim⁡t→∞2tet⏟num→∞den→∞=lim⁡t→∞2et=0\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{-1/x^2}}{x^4} =\lim_{t=\frac{1}{x^2}\rightarrow \infty}\frac{e^{-t}}{t^{-2}} =\lim_{t\rightarrow \infty}\underbrace{\frac{t^2}{e^{t}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{t\rightarrow \infty}\underbrace{\frac{2t}{e^{t}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{t\rightarrow \infty}\frac{2}{e^{t}} ={0}
원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1. lim⁡x→0e−1/x2x4=lim⁡x→01x4e1/x2⏟num→∞den→∞=lim⁡x→0−4x5−2x3e1/x2=lim⁡x→02x2e1/x2⏟num→∞den→∞=lim⁡x→0−4x3−2x3e1/x2=lim⁡x→02e1/x2=0\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{-1/x^2}}{x^4} =\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{\frac{1}{x^4}}{e^{1/x^2}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\frac{-4}{x^5}}{\frac{-2}{x^3}e^{1/x^2}} =\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{\frac{2}{x^2}}{e^{1/x^2}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\frac{-4}{x^3}}{\frac{-2}{x^3}e^{1/x^2}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{2}{e^{1/x^2}} ={0} since, as x→0x\rightarrow 0, the exponent 1x2→∞\frac{1}{x^2}\rightarrow\infty so that e1/x2→∞e^{1/x^2}\rightarrow\infty and e−1/x2→0e^{-1/x^2}\rightarrow 0.
  • Solution 2. lim⁡x→0e−1/x2x4=lim⁡t=1x2→∞e−tt−2=lim⁡t→∞t2et⏟num→∞den→∞=lim⁡t→∞2tet⏟num→∞den→∞=lim⁡t→∞2et=0\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{-1/x^2}}{x^4} =\lim_{t=\frac{1}{x^2}\rightarrow \infty}\frac{e^{-t}}{t^{-2}} =\lim_{t\rightarrow \infty}\underbrace{\frac{t^2}{e^{t}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{t\rightarrow \infty}\underbrace{\frac{2t}{e^{t}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}} =\lim_{t\rightarrow \infty}\frac{2}{e^{t}} ={0}
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 16번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
88.CLP-1 · 3.7절 · 18번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0xextan⁡(3x)\lim\limits_{x\rightarrow 0} \dfrac{xe^x}{\tan (3x)}의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0xextan⁡(3x)\lim\limits_{x\rightarrow 0} \dfrac{xe^x}{\tan (3x)}.

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lim⁡x→0xextan⁡(3x)⏟num→0den→0=lim⁡x→0ex+xex3sec⁡2(3x)=13\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{xe^x}{\tan (3x)}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} = \lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^x+xe^x}{3\sec^2 (3x)} =\frac{1}{3}

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→0xextan⁡(3x)⏟num→0den→0=lim⁡x→0ex+xex3sec⁡2(3x)=13\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{xe^x}{\tan (3x)}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} = \lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^x+xe^x}{3\sec^2 (3x)} =\frac{1}{3}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 3.2절 · 14번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
89.CLP-1 · 3.7절 · 19번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0sin⁡2xx2\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0sin⁡2xx2\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}.

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lim⁡x→0sin⁡2x=0\displaystyle \lim_{x \to 0} \sin^2 x = 0이고 lim⁡x→01x2=∞\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{1}{x^2}=\infty이므로 0∞0^\infty 꼴이다. (sin⁡2x\sin^2 x는 양수이므로 거듭제곱근이 정의된다.) 이는 부정형이 아니다: lim⁡x→0sin⁡2xx2=0\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}=0.

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→0sin⁡2x=0\displaystyle \lim_{x \to 0} \sin^2 x = 0, and lim⁡x→01x2=∞\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{1}{x^2}=\infty, so we have the form 0∞0^\infty. (Note that sin⁡2x\sin^2 x is positive, so our root is defined.) This is not an indeterminate form: lim⁡x→0sin⁡2xx2=0\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 21번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
90.CLP-1 · 3.7절 · 20번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0cos⁡xx2\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\cos x}의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0cos⁡xx2\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\cos x}.

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lim⁡x→0cos⁡x=1\displaystyle \lim_{x \to 0} \cos x =1이고 lim⁡x→01x2=∞\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{1}{x^2}=\infty이므로 lim⁡x→0(cos⁡x)1x2\displaystyle \lim_{x \to 0}(\cos x)^{\frac{1}{x^2}} 은 1∞1^\infty 꼴의 부정형이다. 로피탈 정리를 쓰고 싶지만, 그러려면 함수를 분수 꼴의 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 사용한다.

y:=(cos⁡x)1x2log⁡y=log⁡((cos⁡x)1x2)=1x2log⁡(cos⁡x)=log⁡cos⁡xx2lim⁡x→0log⁡y=lim⁡x→0log⁡cos⁡xx2⏟num→0den→0=lim⁡x→0−sin⁡xcos⁡x2x=lim⁡x→0−tan⁡x2x⏟num→0den→0=lim⁡x→0−sec⁡2x2=lim⁡x→0−12cos⁡2x=−12따라서, lim⁡x→0y=lim⁡x→0elog⁡y=e−1/2=1e\begin{aligned} y:&=(\cos x)^{\frac{1}{x^2}}\\ \log y &= \log \left((\cos x)^{\frac{1}{x^2}}\right)=\frac{1}{x^2}\log(\cos x)=\frac{\log \cos x}{x^2}\\ \lim_{x \to 0}\log y &=\lim_{x \to 0}\underbrace{\frac{\log \cos x}{x^2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{-\sin x}{\cos x}}{2x}= \lim_{x \to 0} \underbrace{\frac{-\tan x}{2x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} = \lim_{x \to 0}\frac{-\sec^2x}{2}\\ &=\lim_{x \to 0}\frac{-1}{2\cos^2 x}=-\frac{1}{2}\\ \text{따라서, } \lim_{x \to 0} y &=\lim_{x \to 0}e^{\log y}=e^{-1/2}=\frac{1}{\sqrt{e}} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→0cos⁡x=1\displaystyle \lim_{x \to 0} \cos x =1 and lim⁡x→01x2=∞\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{1}{x^2}=\infty, so lim⁡x→0(cos⁡x)1x2\displaystyle \lim_{x \to 0}(\cos x)^{\frac{1}{x^2}} has the indeterminate form 1∞1^\infty. We want to use l'Hopital, but we need to get our function into a fractional indeterminate form. So, we'll use a logarithm.

y:=(cos⁡x)1x2log⁡y=log⁡((cos⁡x)1x2)=1x2log⁡(cos⁡x)=log⁡cos⁡xx2lim⁡x→0log⁡y=lim⁡x→0log⁡cos⁡xx2⏟num→0den→0=lim⁡x→0−sin⁡xcos⁡x2x=lim⁡x→0−tan⁡x2x⏟num→0den→0=lim⁡x→0−sec⁡2x2=lim⁡x→0−12cos⁡2x=−12Therefore, lim⁡x→0y=lim⁡x→0elog⁡y=e−1/2=1e\begin{aligned} y:&=(\cos x)^{\frac{1}{x^2}}\\ \log y &= \log \left((\cos x)^{\frac{1}{x^2}}\right)=\frac{1}{x^2}\log(\cos x)=\frac{\log \cos x}{x^2}\\ \lim_{x \to 0}\log y &=\lim_{x \to 0}\underbrace{\frac{\log \cos x}{x^2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{-\sin x}{\cos x}}{2x}= \lim_{x \to 0} \underbrace{\frac{-\tan x}{2x}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to 0}} = \lim_{x \to 0}\frac{-\sec^2x}{2}\\ &=\lim_{x \to 0}\frac{-1}{2\cos^2 x}=-\frac{1}{2}\\ \text{Therefore, } \lim_{x \to 0} y &=\lim_{x \to 0}e^{\log y}=e^{-1/2}=\frac{1}{\sqrt{e}} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 19번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
91.CLP-1 · 3.7절 · 21번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0+exlog⁡x\displaystyle \lim_{x \to 0^+} e^{x \log x} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0+exlog⁡x\displaystyle \lim_{x \to 0^+} e^{x \log x}.

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  • 풀이 1

y:=exlog⁡x=(ex)log⁡xlim⁡x→0+y=lim⁡x→0+(ex)log⁡x이는 1−∞=11∞ 꼴이고, 1∞ 은 부정형이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.lim⁡x→0+log⁡y=lim⁡x→0+log⁡((ex)log⁡x)=lim⁡x→0+log⁡xlog⁡(ex)=lim⁡x→0+(log⁡x)⋅x이는 부정형 0⋅∞ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.=lim⁡x→0+log⁡x1x⏟num→−∞den→∞=lim⁡x→0+1x−1x2=lim⁡x→0+−x=0이제 처음 함수 y 가 어떻게 되는지 알 수 있다:lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&= e^{x \log x} = (e^x)^{\log x} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} (e^x)^{\log x} \\ \text{이는 $1^{-\infty} = \frac{1}{1^\infty}$ 꼴이고, $1^{\infty}$ 은 부정형이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.} \\ \lim_{x \to 0^+} \log y &=\lim_{x \to 0 ^+} \log\left((e^x)^{\log x} \right) =\lim_{x \to 0 ^+} \log x \log\left(e^x \right)=\lim_{x \to 0 ^+} (\log x)\cdot x \\ \text{이는 부정형 $0 \cdot \infty$ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.} \\ &=\lim_{x \to 0 ^+} \underbrace{\frac{\log x}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num} \to -\infty}{\mathrm{den} \to \infty}} =\lim_{x \to 0 ^+}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0 ^+}-x=0 \\ \text{이제 처음 함수 $y$ 가 어떻게 되는지 알 수 있다:} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} e^{\log y} = e^0=1 \end{aligned}

  • 풀이 2

y:=exlog⁡x=(elog⁡x)x=xxlim⁡x→0+y=lim⁡x→0+xx부정형 00 꼴이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.lim⁡x→0+log⁡y=lim⁡x→0+log⁡(xx)=lim⁡x→0+xlog⁡x이제 부정형 0⋅∞ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+log⁡x1x⏟num→0den→−∞=lim⁡x→0+1x−1x2=lim⁡x→0+−x=0이제 처음 함수 y 가 어떻게 되는지 알 수 있다:lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&=e^{x\log x}=\left(e^{\log x}\right)^x=x^x\\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+}x^x \\ \text{부정형 $0^0$ 꼴이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.} \\ \lim_{x \to 0^+}\log y &=\lim_{x \to 0^+}\log(x^x)=\lim_{x \to 0^+}x\log x \\ \text{이제 부정형 $0 \cdot \infty$ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+}\underbrace{\frac{\log x}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den} \to -\infty}} =\lim_{x \to 0^+}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0^+}-x=0 \\ \text{이제 처음 함수 $y$ 가 어떻게 되는지 알 수 있다:} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} e^{\log y} = e^0=1 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1

y:=exlog⁡x=(ex)log⁡xlim⁡x→0+y=lim⁡x→0+(ex)log⁡xThis has the form 1−∞=11∞, and 1∞ is an indeterminate form. We want to use l’Hoˆpital, but we need to get a different indeterminate form. So, we’ll use logarithms.lim⁡x→0+log⁡y=lim⁡x→0+log⁡((ex)log⁡x)=lim⁡x→0+log⁡xlog⁡(ex)=lim⁡x→0+(log⁡x)⋅xThis has the indeterminate form 0⋅∞, so we need one last adjustment before we can use l’Hoˆpital’s Rule.=lim⁡x→0+log⁡x1x⏟num→−∞den→∞=lim⁡x→0+1x−1x2=lim⁡x→0+−x=0Now, we can figure out what happens to our original function, y:lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&= e^{x \log x} = (e^x)^{\log x} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} (e^x)^{\log x} \\ \text{This has the form $1^{-\infty} = \frac{1}{1^\infty}$, and $1^{\infty}$ is an indeterminate form. We want to use l'H\^opital, but we need to get a different indeterminate form. So, we'll use logarithms.} \\ \lim_{x \to 0^+} \log y &=\lim_{x \to 0 ^+} \log\left((e^x)^{\log x} \right) =\lim_{x \to 0 ^+} \log x \log\left(e^x \right)=\lim_{x \to 0 ^+} (\log x)\cdot x \\ \text{This has the indeterminate form $0 \cdot \infty$, so we need one last adjustment before we can use l'H\^opital's Rule.} \\ &=\lim_{x \to 0 ^+} \underbrace{\frac{\log x}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num} \to -\infty}{\mathrm{den} \to \infty}} =\lim_{x \to 0 ^+}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0 ^+}-x=0 \\ \text{Now, we can figure out what happens to our original function, $y$:} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} e^{\log y} = e^0=1 \end{aligned}

  • Solution 2

y:=exlog⁡x=(elog⁡x)x=xxlim⁡x→0+y=lim⁡x→0+xxWe have the indeterminate form 00. We want to use l’Hoˆpital, but we need a different indeterminate form. So, we’ll use logarithms.lim⁡x→0+log⁡y=lim⁡x→0+log⁡(xx)=lim⁡x→0+xlog⁡xNow we have the indeterminate form 0⋅∞, so we need one last adjustment before we can use l’Hoˆpital’s Rule.lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+log⁡x1x⏟num→0den→−∞=lim⁡x→0+1x−1x2=lim⁡x→0+−x=0Now, we can figure out what happens to our original function, y:lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&=e^{x\log x}=\left(e^{\log x}\right)^x=x^x\\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+}x^x \\ \text{We have the indeterminate form $0^0$. We want to use l'H\^opital, but we need a different indeterminate form. So, we'll use logarithms.} \\ \lim_{x \to 0^+}\log y &=\lim_{x \to 0^+}\log(x^x)=\lim_{x \to 0^+}x\log x \\ \text{Now we have the indeterminate form $0 \cdot \infty$, so we need one last adjustment before we can use l'H\^opital's Rule.} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+}\underbrace{\frac{\log x}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den} \to -\infty}} =\lim_{x \to 0^+}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0^+}-x=0 \\ \text{Now, we can figure out what happens to our original function, $y$:} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} e^{\log y} = e^0=1 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 18번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
92.CLP-1 · 3.7절 · 22번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0[−log⁡(x2)]x\displaystyle \lim_{x \rightarrow 0} \left[-\log(x^2)\right]^x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0[−log⁡(x2)]x\displaystyle \lim_{x \rightarrow 0} \left[-\log(x^2)\right]^x.

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정답·풀이 보기

먼저 0 근처에서 이 함수가 존재함을 확인한다. x2x^2 은 양수이므로 log⁡(x2)\log(x^2) 이 존재한다. 0 근처에서 log⁡x2\log x^2 은 음수이므로 −log⁡(x2)-\log(x^2) 은 양수이고, 따라서 xx 가 음수일 때에도 [−log⁡(x2)]x\left[-\log(x^2)\right]^x 이 존재한다.

lim⁡x→0−log⁡(x2)=∞\displaystyle \lim_{x \rightarrow 0} -\log(x^2)=\infty 이고 lim⁡x→0x=0\displaystyle \lim_{x \rightarrow 0}x=0 이므로 ∞0\infty^0 꼴의 부정형이다. 로피탈 정리를 써야 하는데, 그러려면 함수를 알맞은 꼴로 바꿔야 한다. 로그를 이용하여 이렇게 바꾼다.

y:=[−log⁡(x2)]xlog⁡y=log⁡([−log⁡(x2)]x)=x⏟→0⋅log⁡(−log⁡(x2)⏟→∞)⏟→∞=log⁡(−log⁡(x2))1xlim⁡x→0log⁡y=lim⁡x→0log⁡(−log⁡(x2))1x⏟num→∞den→±∞=lim⁡x→0−2x−log⁡(x2)−1x2=lim⁡x→0−2xlog⁡(x2)⏟num→0den→−∞=0이제 처음의 극한을 구할 수 있다.lim⁡x→0y=lim⁡x→0elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&=\left[-\log(x^2)\right]^x\\ \log y &= \log \left( \left[-\log(x^2)\right]^x\right)= \underbrace{x}_{\to 0}\cdot\underbrace{\log\left(\underbrace{-\log(x^2)}_{\to\infty} \right)}_{\to\infty}=\frac{\log\left(-\log(x^2)\right)}{\frac{1}{x}}\\ \lim_{x \to 0}\log y &=\lim_{x \to 0} \underbrace{\frac{\log\left(-\log(x^2)\right)}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to \pm\infty}} =\lim_{x \to 0} \frac{\frac{-\frac{2}{x}}{-\log(x^2)}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0} \underbrace{\frac{-2x}{\log(x^2)}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to-\infty}}=0 \\ \text{이제 처음의 극한을 구할 수 있다.} \\ \lim_{x\to 0} y &= \lim_{x \to 0} e^{\log y}=e^0=1 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

First, note that the function exists near 0: x2x^2 is positive, so log⁡(x2)\log(x^2) exists; near 0, log⁡x2\log x^2 is negative, so −log⁡(x2)-\log(x^2) is positive, so [−log⁡(x2)]x\left[-\log(x^2)\right]^x exists even when xx is negative.

Since lim⁡x→0−log⁡(x2)=∞\displaystyle \lim_{x \rightarrow 0} -\log(x^2)=\infty and lim⁡x→0x=0\displaystyle \lim_{x \rightarrow 0}x=0, we have the indeterminate form ∞0\infty^0. We need l'Hopital, but we need to manipulate our function into an appropriate form. We do this using logarithms.

y:=[−log⁡(x2)]xlog⁡y=log⁡([−log⁡(x2)]x)=x⏟→0⋅log⁡(−log⁡(x2)⏟→∞)⏟→∞=log⁡(−log⁡(x2))1xlim⁡x→0log⁡y=lim⁡x→0log⁡(−log⁡(x2))1x⏟num→∞den→±∞=lim⁡x→0−2x−log⁡(x2)−1x2=lim⁡x→0−2xlog⁡(x2)⏟num→0den→−∞=0Now, we’re ready to figure out our original limit.lim⁡x→0y=lim⁡x→0elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&=\left[-\log(x^2)\right]^x\\ \log y &= \log \left( \left[-\log(x^2)\right]^x\right)= \underbrace{x}_{\to 0}\cdot\underbrace{\log\left(\underbrace{-\log(x^2)}_{\to\infty} \right)}_{\to\infty}=\frac{\log\left(-\log(x^2)\right)}{\frac{1}{x}}\\ \lim_{x \to 0}\log y &=\lim_{x \to 0} \underbrace{\frac{\log\left(-\log(x^2)\right)}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to \infty}{\mathrm{den}\to \pm\infty}} =\lim_{x \to 0} \frac{\frac{-\frac{2}{x}}{-\log(x^2)}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0} \underbrace{\frac{-2x}{\log(x^2)}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to-\infty}}=0 \\ \text{Now, we're ready to figure out our original limit.} \\ \lim_{x\to 0} y &= \lim_{x \to 0} e^{\log y}=e^0=1 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 23번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
93.CLP-1 · 3.7절 · 23번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→01+cx−cos⁡xex2−1\lim\limits_{x\rightarrow 0} \dfrac{1+cx-\cos x}{ e^{x^2}-1} 이 존재하도록 하는 cc 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Find cc so that lim⁡x→01+cx−cos⁡xex2−1\lim\limits_{x\rightarrow 0} \dfrac{1+cx-\cos x}{ e^{x^2}-1} exists.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

분자와 분모는 모두 x→0x\rightarrow 0 일 때 00 으로 수렴한다. 따라서 로피탈 정리에 의해 lim⁡x→01+cx−cos⁡xex2−1⏟num→0den→0=lim⁡x→0c+sin⁡x2xex2\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{1+cx-\cos x}{ e^{x^2}-1}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to 0}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{c+\sin x}{ 2xe^{x^2}} 새로운 분모는 여전히 x→0x\rightarrow 0 일 때 00 으로 수렴한다. 극한이 존재하려면 새로운 분자도 마찬가지여야 한다. 따라서 c≠0c \neq 0 이면 극한이 존재하지 않는다. c=0c=0 일 때 극한이 존재하는지 확인해야 한다. 로피탈 정리를 이용하면 lim⁡x→0sin⁡x2xex2⏟num→0den→0=lim⁡x→0cos⁡xex2(4x2+2)=11(0+2)=12.\lim_{x \to 0}\underbrace{\frac{\sin x}{2xe^{x^2}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to 0}}=\lim_{x \to 0}\frac{\cos x}{e^{x^2}(4x^2+2)}=\frac{1}{1(0+2)}=\frac{1}{2}. 따라서 c=0c=0 일 때 극한이 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

Both the numerator and denominator converge to 00 as x→0x\rightarrow 0. So, by l'Hopital, lim⁡x→01+cx−cos⁡xex2−1⏟num→0den→0=lim⁡x→0c+sin⁡x2xex2\lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\frac{1+cx-\cos x}{ e^{x^2}-1}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to 0}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{c+\sin x}{ 2xe^{x^2}} The new denominator still converges to 00 as x→0x\rightarrow 0. For the limit to exist, the same must be true for the new numerator. This tells us that if c≠0c \neq 0, the limit does not exist. We should check whether the limit exists when c=0c=0. Using l'Hopital: lim⁡x→0sin⁡x2xex2⏟num→0den→0=lim⁡x→0cos⁡xex2(4x2+2)=11(0+2)=12.\lim_{x \to 0}\underbrace{\frac{\sin x}{2xe^{x^2}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den}\to 0}}=\lim_{x \to 0}\frac{\cos x}{e^{x^2}(4x^2+2)}=\frac{1}{1(0+2)}=\frac{1}{2}. So, the limit exists when c=0c=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 20번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
94.CLP-1 · 3.7절 · 24번대학 수준우리말 번역

kk가 상수일 때, lim⁡x→0eksin⁡(x2)−(1+2x2)x4\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{e^{k\sin(x^2)}-(1+2x^2)}{x^4} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0eksin⁡(x2)−(1+2x2)x4\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{e^{k\sin(x^2)}-(1+2x^2)}{x^4}, where kk is a constant.

정답·풀이 보기

가장 먼저 눈에 띄는 것은, kk 의 값에 관계없이 x=0x=0 을 대입하면 분자와 분모가 모두 0이 된다는 점이다. 이 사실을 이용하여 로피탈의 정리를 적용하자.

lim⁡x→0eksin⁡(x2)−(1+2x2)x4⏟num→0den→0=lim⁡x→02kxcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−4x4x3=lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2x=0 을 대입하면 분모는 0이 되고 분자는 2k−4 가 된다. 극한의 거동이 k 에 따라 달라지므로 경우를 나누어야 한다.k=2 일 때:lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2=lim⁡x→04cos⁡(x2)e2sin⁡(x2)−44x2⏟num→0den→0=lim⁡x→0−8xsin⁡(x2)e2sin⁡(x2)+16xcos⁡2(x2)e2sin⁡(x2)8x=lim⁡x→0[−sin⁡(x2)e2sin⁡(x2)+2cos⁡2(x2)e2sin⁡(x2)]=2k>2 일 때, 분자는 양의 상수인 2k−4 에 가까워지고 분모는 오른쪽에서 0 에 가까워지므로:lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2=∞k<2 일 때, 분자는 음의 상수인 2k−4 에 가까워지고 분모는 오른쪽에서 0 에 가까워지므로:lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2=−∞\begin{aligned} \lim\limits_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{e^{k\sin(x^2)}-(1+2x^2)}{x^4}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} &=\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2kx\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4x}{4x^3}\\ &=\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2} \\ \text{$x=0$ 을 대입하면 분모는 0이 되고 분자는 $2k-4$ 가 된다. 극한의 거동이 $k$ 에 따라 달라지므로 경우를 나누어야 한다.} \\ \\ \text{$k=2$ 일 때:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2}&= \lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{4\cos(x^2)e^{2\sin(x^2)}-4}{4x^2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}}\\ &= \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{-8x\sin(x^2)e^{2\sin(x^2)} +16x\cos^2(x^2)e^{2\sin(x^2)}}{8x}\\ &= \lim_{x\rightarrow 0}\big[-\sin(x^2)e^{2\sin(x^2)} +2\cos^2(x^2)e^{2\sin(x^2)}\big]\\ &=2 \\ \text{$k>2$ 일 때, 분자는 양의 상수인 $2k-4$ 에 가까워지고 분모는 오른쪽에서 $0$ 에 가까워지므로:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2}&= \infty \\ \text{$k<2$ 일 때, 분자는 음의 상수인 $2k-4$ 에 가까워지고 분모는 오른쪽에서 $0$ 에 가까워지므로:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2}&= -\infty \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The first thing we notice is, regardless of kk, when we plug in x=0x=0 both numerator and denominator become zero. Let's use this fact, and apply l'Hopital's Rule.

lim⁡x→0eksin⁡(x2)−(1+2x2)x4⏟num→0den→0=lim⁡x→02kxcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−4x4x3=lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2When we plug in x=0, the denominator becomes 0, and the numerator becomes 2k−4. So, we’ll need some cases, because the behaviour of the limit depends on k.For k=2:lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2=lim⁡x→04cos⁡(x2)e2sin⁡(x2)−44x2⏟num→0den→0=lim⁡x→0−8xsin⁡(x2)e2sin⁡(x2)+16xcos⁡2(x2)e2sin⁡(x2)8x=lim⁡x→0[−sin⁡(x2)e2sin⁡(x2)+2cos⁡2(x2)e2sin⁡(x2)]=2For k>2, the numerator goes to 2k−4, which is a positive constant, while the denominator goes to 0 from the right, so:lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2=∞For k<2, the numerator goes to 2k−4, which is a negative constant, while the denominator goes to 0 from the right, so:lim⁡x→02kcos⁡(x2)eksin⁡(x2)−44x2=−∞\begin{aligned} \lim\limits_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{e^{k\sin(x^2)}-(1+2x^2)}{x^4}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}} &=\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2kx\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4x}{4x^3}\\ &=\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2} \\ \text{When we plug in $x=0$, the denominator becomes 0, and the numerator becomes $2k-4$. So, we'll need some cases, because the behaviour of the limit depends on $k$.} \\ \\ \text{For $k=2$:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2}&= \lim_{x\rightarrow 0}\underbrace{\dfrac{4\cos(x^2)e^{2\sin(x^2)}-4}{4x^2}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to0}{\mathrm{den}\to0}}\\ &= \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{-8x\sin(x^2)e^{2\sin(x^2)} +16x\cos^2(x^2)e^{2\sin(x^2)}}{8x}\\ &= \lim_{x\rightarrow 0}\big[-\sin(x^2)e^{2\sin(x^2)} +2\cos^2(x^2)e^{2\sin(x^2)}\big]\\ &=2 \\ \text{For $k>2$, the numerator goes to $2k-4$, which is a positive constant, while the denominator goes to $0$ from the right, so:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2}&= \infty \\ \text{For $k<2$, the numerator goes to $2k-4$, which is a negative constant, while the denominator goes to $0$ from the right, so:} \\ \lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{2k\cos(x^2)e^{k\sin(x^2)}-4}{4x^2}&= -\infty \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.7절 · 15번
# 로피탈 정리계산보통자동 분류
95.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)
96.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
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