함수 가 어떤 상수 에 대해 를 만족시킨다고 하자.
(a) 주어진 정보로 볼 때, 의 정의역이 될 수 있는 가장 큰 범위는 무엇인지 구하세요. (b) 다음 성질을 모두 갖는 함수 의 예를 들거나, 그런 함수가 존재하지 않음을 보이세요.
- ,
- 모든 에 대해 가 존재하고,
- 어떤 에서는 이고, 다른 에서는 이다.
영어 원문 보기
Suppose a function satisfies , for some constant .
(a) What is the largest possible domain of , given the information at hand? (b) Give an example of function with the following properties, or show that none exists:
- ,
- exists for all , and
- for some values of , and for others.
정답·풀이 보기
(a) 가 어떤 값이든 이므로, 의 정의역에 속하는 모든 에 대해 이다. 가 양수이므로 의 정의역에는 음이 아닌 수만 포함된다. 따라서 의 정의역이 될 수 있는 가장 큰 범위는 이다. (b) 존재하지 않는다.
아래 그림은 어떤 양의 상수 에 대한 의 그래프와 의 그래프이다. 가 어떤 곳에서는 위쪽 함수이고 다른 곳에서는 아래쪽 함수라면, 그것이 바뀌는 곳에서 점프 불연속이 생긴다. 그러면 의 도함수가 존재하지 않게 되어 두 번째 성질에 어긋난다.

사소한 기술적 참고로, 에서 이고 에서 인 경우(또는 그 반대)가 가능하다. 이 경우에는 점프 불연속이 생기지 않지만, 어떤 에서 이라는 조건은 만족시키지 못한다.
참고: 아래의 여러 경우에서, 미분방정식을 풀면 와 같은 결론에 이르게 된다. 이럴 때 우리는 또는 중 하나를 택하며, (이것은 함수가 아니다)나 가 어떤 곳에서는 이고 다른 곳에서는 라고 택하지는 않는다. 위의 추론이 이 선택을 어느 정도 설명해 준다. 가 어떤 곳에서는 양수이고 다른 곳에서는 음수라면, 의 부호가 바뀌는 의 값에서는 가 존재하지 않기 때문이다. 단, 그 부호 변화가 의 근에서 일어나는 경우는 예외이다. 그런 경우는 매우 특수하므로, 우리는 기술적인 세부 사항에 얽매이지 않기 위해 보통 이를 무시해도 안전하다고 본다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Since no matter what is, we see for all in the domain of . Since is positive, that means the domain of only includes nonnegative numbers. So, the largest possible domain of is . (b) None exists.
The graph of is given below for some positive constant , also with the graph of . If were sometimes the top function, and other times the bottom function, then there would be a jump discontinuity where it switched. Then the derivative of would not exist, violating the second property.

A tiny technical note is that it's possible that when and when (or vice-versa). This would not introduce a jump discontinuity, but it also does not satisfy that for some values of .
Remark: in several instances below, solving a differential equation will lead us to conclude something like . In these cases, we choose either , or , but not (which is not a function) or that is sometimes , and other times . The reasoning above somewhat explains this choice: if were sometimes positive and sometimes negative, then would not exist at the values of where the sign of switches, unless that switch occurrs at a root of . Since that's a pretty specific occurrence, we usually feel safe ignoring it to avoid getting bogged down in technical details.