문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 함수의 극한과 연속

함수의 극한과 연속 전체 문제

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

255문제 · 13 / 13쪽

241.CLP-1 · 1.5절 · 22번우리말 번역

lim⁡x→−∞5x+74x2+15−x\displaystyle\lim_{x\rightarrow -\infty} \frac{5x+7}{\sqrt{4x^2+15}-x} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→−∞5x+74x2+15−x\displaystyle\lim_{x\rightarrow -\infty} \frac{5x+7}{\sqrt{4x^2+15}-x}

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분모에서 xx 의 최고차항인 xx 로 분자와 분모를 모두 나눈다. x<0x<0 이므로 x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2}=|x|=-x 이고, 따라서 4x2+15x=4x2+15−x2=−4x2+15x2=−4+15x2.\frac{\sqrt{4x^2+15}}{x}= \frac{\sqrt{4x^2+15}}{-\sqrt{x^2}} =-\sqrt{\frac{4x^2+15}{x^2}}=-\sqrt{4+\frac{15}{x^2}}. x→−∞x\to -\infty 일 때 1/x→01/x\to 0 이고 1/x2→01/x^2\to 0 이므로 lim⁡x→−∞5x+74x2+15−x=lim⁡x→−∞5+7x−4+15x2−1=5−2−1=−53.\lim_{x\to -\infty} \frac{5x+7}{\sqrt{4x^2+15}-x}=\lim_{x\to -\infty}\frac{5+\frac{7}{x}}{-\sqrt{4+\frac{15}{x^2}}-1}=\frac{5}{-2-1}=-\frac{5}{3}.

원본 교재 풀이(영어)

We divide both the numerator and the denominator by the highest power of xx in the denominator, which is xx. Since x<0x<0, we have x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2}=|x|=-x, so that 4x2+15x=4x2+15−x2=−4x2+15x2=−4+15x2.\frac{\sqrt{4x^2+15}}{x}= \frac{\sqrt{4x^2+15}}{-\sqrt{x^2}} =-\sqrt{\frac{4x^2+15}{x^2}}=-\sqrt{4+\frac{15}{x^2}}. Since 1/x→01/x\to 0 and also 1/x2→01/x^2\to 0 as x→−∞x\to -\infty, we conclude that lim⁡x→−∞5x+74x2+15−x=lim⁡x→−∞5+7x−4+15x2−1=5−2−1=−53.\lim_{x\to -\infty} \frac{5x+7}{\sqrt{4x^2+15}-x}=\lim_{x\to -\infty}\frac{5+\frac{7}{x}}{-\sqrt{4+\frac{15}{x^2}}-1}=\frac{5}{-2-1}=-\frac{5}{3}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.5절 · 23번
# 무한대에서의 극한과 점근선계산보통자동 분류
242.CLP-1 · 1.5절 · 23번우리말 번역

lim⁡x→−∞3x7+x5−154x2+32x\displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{3x^7+x^5-15}{4x^2+32x} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→−∞3x7+x5−154x2+32x\displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{3x^7+x^5-15}{4x^2+32x}.

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정답·풀이 보기

lim⁡x→−∞3x7+x5−154x2+32x=lim⁡x→−∞x2(3x5+x3−15x2)x2(4+32x)=lim⁡x→−∞3x5+x3−15x24+32x=lim⁡x→+∞3(−x)5+(−x)3−15(−x)24+32−x=lim⁡x→+∞−3x5−x3−15x24−32x=−∞\begin{aligned} \displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{3x^7+x^5-15}{4x^2+32x}&= \displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{x^2(3x^5+x^3-\frac{15}{x^2})}{x^2(4+\frac{32}{x})}\\ &=\displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{3x^5+x^3-\frac{15}{x^2}}{4+\frac{32}{x}} \\ &=\displaystyle\lim_{x \rightarrow +\infty}\dfrac{3(-x)^5+(-x)^3-\frac{15}{(-x)^2}}{4+\frac{32}{-x}}\\ &=\displaystyle\lim_{x \rightarrow +\infty}\dfrac{-3x^5-x^3-\frac{15}{x^2}}{4-\frac{32}{x}} \\&=-\infty \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→−∞3x7+x5−154x2+32x=lim⁡x→−∞x2(3x5+x3−15x2)x2(4+32x)=lim⁡x→−∞3x5+x3−15x24+32x=lim⁡x→+∞3(−x)5+(−x)3−15(−x)24+32−x=lim⁡x→+∞−3x5−x3−15x24−32x=−∞\begin{aligned} \displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{3x^7+x^5-15}{4x^2+32x}&= \displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{x^2(3x^5+x^3-\frac{15}{x^2})}{x^2(4+\frac{32}{x})}\\ &=\displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty}\dfrac{3x^5+x^3-\frac{15}{x^2}}{4+\frac{32}{x}} \\ &=\displaystyle\lim_{x \rightarrow +\infty}\dfrac{3(-x)^5+(-x)^3-\frac{15}{(-x)^2}}{4+\frac{32}{-x}}\\ &=\displaystyle\lim_{x \rightarrow +\infty}\dfrac{-3x^5-x^3-\frac{15}{x^2}}{4-\frac{32}{x}} \\&=-\infty \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.5절 · 20번
# 무한대에서의 극한과 점근선계산보통자동 분류
243.CLP-1 · 1.5절 · 24번우리말 번역

lim⁡n→∞(n2+5n−n)\displaystyle \lim_{n \to \infty}\left(\sqrt{n^2+5n}-n\right) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡n→∞(n2+5n−n)\displaystyle \lim_{n \to \infty}\left(\sqrt{n^2+5n}-n\right).

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식에 그 켤레식 (n2+5n+n)\big(\sqrt{n^2+5n}+n\big) 을 분자와 분모에 곱한다.

lim⁡n→∞(n2+5n−n)=lim⁡n→∞(n2+5n−n)(n2+5n+nn2+5n+n)=lim⁡n→∞(n2+5n)−n2n2+5n+n=lim⁡n→∞5nn2+5n+n=lim⁡n→∞5⋅nn21+5n+nn>0이므로 n2=n 으로 간단히 할 수 있다.=lim⁡n→∞5⋅nn1+5n+n=lim⁡n→∞51+5n+1=51+0+1=52\begin{aligned} \lim_{n\rightarrow\infty}\big(\sqrt{n^2+5n}-n\big) &=\lim_{n \to \infty}\big(\sqrt{n^2+5n}-n\big) \left(\frac{\sqrt{n^2+5n}+n}{\sqrt{n^2+5n}+n}\right)\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{(n^2+5n)-n^2}{\sqrt{n^2+5n}+n}\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5n}{\sqrt{n^2+5n}+n}\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5\cdot n}{\sqrt{n^2}\sqrt{1+\frac{5}{n}}+n} \\ \text{$n>0$이므로 $\sqrt{n^2}=n$ 으로 간단히 할 수 있다.} \\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5\cdot n}{n\sqrt{1+\frac{5}{n}}+n}\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5}{\sqrt{1+\frac{5}{n}}+1}\\ &=\frac{5}{\sqrt{1+0}+1}=\frac{5}{2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We multiply and divide the expression by its conjugate, (n2+5n+n)\big(\sqrt{n^2+5n}+n\big).

lim⁡n→∞(n2+5n−n)=lim⁡n→∞(n2+5n−n)(n2+5n+nn2+5n+n)=lim⁡n→∞(n2+5n)−n2n2+5n+n=lim⁡n→∞5nn2+5n+n=lim⁡n→∞5⋅nn21+5n+nSince n>0, we can simplify n2=n.=lim⁡n→∞5⋅nn1+5n+n=lim⁡n→∞51+5n+1=51+0+1=52\begin{aligned} \lim_{n\rightarrow\infty}\big(\sqrt{n^2+5n}-n\big) &=\lim_{n \to \infty}\big(\sqrt{n^2+5n}-n\big) \left(\frac{\sqrt{n^2+5n}+n}{\sqrt{n^2+5n}+n}\right)\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{(n^2+5n)-n^2}{\sqrt{n^2+5n}+n}\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5n}{\sqrt{n^2+5n}+n}\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5\cdot n}{\sqrt{n^2}\sqrt{1+\frac{5}{n}}+n} \\ \text{Since $n>0$, we can simplify $\sqrt{n^2}=n$.} \\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5\cdot n}{n\sqrt{1+\frac{5}{n}}+n}\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{5}{\sqrt{1+\frac{5}{n}}+1}\\ &=\frac{5}{\sqrt{1+0}+1}=\frac{5}{2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.5절 · 22번
# 무한대에서의 극한과 점근선계산보통자동 분류
244.CLP-1 · 1.5절 · 26번우리말 번역

lim⁡x→32x+81x−3+1x2−9\displaystyle \lim_{x \to 3}\dfrac{2x+8}{\frac{1}{x-3}+\frac{1}{x^2-9}} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→32x+81x−3+1x2−9\displaystyle \lim_{x \to 3}\dfrac{2x+8}{\frac{1}{x-3}+\frac{1}{x^2-9}}.

정답·풀이 보기

x=3x=3 은 이 함수의 정의역에 속하지 않으므로, 문제가 되는 항을 약분할 수 있기를 기대하며 식을 간단히 한다.

lim⁡x→32x+81x−3+1x2−9=lim⁡x→32x+8x+3x2−9+1x2−9=lim⁡x→32x+8x+4x2−9=lim⁡x→3(2x+8)(x2−9)x+4=0\begin{aligned} \lim_{x \to 3}\frac{2x+8}{\frac{1}{x-3}+\frac{1}{x^2-9}}&=\lim_{x \to 3}\frac{2x+8}{\frac{x+3}{x^2-9}+\frac{1}{x^2-9}}\\ &=\lim_{x \to 3}\frac{2x+8}{\frac{x+4}{x^2-9}}\\ &=\lim_{x \to 3}\frac{(2x+8)(x^2-9)}{x+4}=0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Since x=3x=3 is not in the domain of the function, we simplify, hoping we can cancel a problematic term.

lim⁡x→32x+81x−3+1x2−9=lim⁡x→32x+8x+3x2−9+1x2−9=lim⁡x→32x+8x+4x2−9=lim⁡x→3(2x+8)(x2−9)x+4=0\begin{aligned} \lim_{x \to 3}\frac{2x+8}{\frac{1}{x-3}+\frac{1}{x^2-9}}&=\lim_{x \to 3}\frac{2x+8}{\frac{x+3}{x^2-9}+\frac{1}{x^2-9}}\\ &=\lim_{x \to 3}\frac{2x+8}{\frac{x+4}{x^2-9}}\\ &=\lim_{x \to 3}\frac{(2x+8)(x^2-9)}{x+4}=0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.5절 · 27번
# 무한대에서의 극한과 점근선계산보통자동 분류
245.CLP-1 · 1.5절 · 27번우리말 번역

lim⁡x→∞f(x)≠lim⁡x→−∞f(x)\displaystyle\lim_{x \rightarrow\infty} f(x) \neq \displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty} f(x) 이고, 두 극한이 모두 (유한한) 실수인 유리함수 f(x)f(x) 를 하나 제시하세요.

영어 원문 보기

Give a rational function f(x)f(x) with the properties that lim⁡x→∞f(x)≠lim⁡x→−∞f(x)\displaystyle\lim_{x \rightarrow\infty} f(x) \neq \displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty} f(x), and both limits are (finite) real numbers.

정답·풀이 보기

먼저, 무한대에서의 극한이 실수인 유리함수가 필요하다. 이는 분모의 차수가 분자의 차수보다 크거나 같다는 뜻이다. 경우는 두 가지이다. 분모의 차수가 분자의 차수보다 큰 경우와, 분모의 차수가 분자의 차수와 같은 경우이다.

분모의 차수가 분자의 차수보다 크면 lim⁡x→∞f(x)=lim⁡x→−∞f(x)=0\displaystyle\lim_{x \rightarrow \infty} f(x)=\displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty} f(x)=0 이므로 두 극한이 같다. 이는 우리가 찾는 함수가 아니다.

분모의 차수가 분자의 차수와 같으면 xx 가 ±∞\pm \infty 로 갈 때의 극한은 최고차항의 비이다. 이번에도 두 극한이 같다. 따라서 위와 같은 유리함수는 존재하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

First, we need a rational function whose limit at infinity is a real number. This means that the degree of the bottom is greater than or equal to the degree of the top. There are two cases: the denominator has higher degree than the numerator, or the denominator has the same degree as the numerator.

If the denominator has higher degree than the numerator, then lim⁡x→∞f(x)=lim⁡x→−∞f(x)=0\displaystyle\lim_{x \rightarrow \infty} f(x)=\displaystyle\lim_{x \rightarrow -\infty} f(x)=0, so the limits are equal–not what we're looking for.

If the denominator has the same degree as the numerator, then the limit as xx goes to ±∞\pm \infty is the ratio of the leading terms: again, the limits are equal. So no rational function exists as described.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.5절 · 24번
# 무한대에서의 극한과 점근선계산도전자동 분류
246.CLP-1 · 1.6절 · 4번우리말 번역

다음은 옳은 진술인지 판단하세요.

ff 가 구간 [10,20][10,20] 에서 연속인 함수이고 f(10)=13f(10)=13, f(20)=−13f(20)=-13 이라 하자. 그러면 ff 는 x=10x=10 과 x=20x=20 사이에서 영점을 갖는다.

영어 원문 보기

Is the following a valid statement?

Suppose ff is a continuous function over [10,20][10,20], f(10)=13f(10)=13, and f(20)=−13f(20)=-13. Then ff has a zero between x=10x=10 and x=20x=20.

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예. 이는 사잇값 정리를 그대로 적용한 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Yes. This is a straightforward application of IVT.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 28번
# 함수의 연속계산기본자동 분류
247.CLP-1 · 1.6절 · 5번우리말 번역

다음은 옳은 진술인지 판단하세요.

ff 가 구간 [10,20][10,20] 에서 연속인 함수이고 f(10)=13f(10)=13, f(20)=−13f(20)=-13 이라 하자. 그러면 f(15)=0f(15)=0 이다.

영어 원문 보기

Is the following a valid statement?

Suppose ff is a continuous function over [10,20][10,20], f(10)=13f(10)=13, and f(20)=−13f(20)=-13. Then f(15)=0f(15)=0.

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아니요. 사잇값 정리는 1010 과 2020 사이의 어떤 xx 에 대해 f(x)=0f(x)=0 임을 말해 줄 뿐, 그 xx 가 정확히 가운데에 있어야 하는 것은 아니다.

원본 교재 풀이(영어)

No. IVT says that f(x)=0f(x)=0 for some xx between 1010 and 2020, but it doesn't have to be exactly half way between.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 4번
# 함수의 연속계산기본자동 분류
248.CLP-1 · 1.6절 · 6번우리말 번역

다음은 옳은 진술인지 판단하세요.

ff 가 구간 [10,20][10,20] 에서 정의된 함수이고 f(10)=13f(10)=13, f(20)=−13f(20)=-13 이며, ff 가 −13-13 과 1313 사이의 모든 값을 취한다고 하자. 그러면 ff 는 연속이다.

영어 원문 보기

Is the following a valid statement?

Suppose ff is a function over [10,20][10,20], f(10)=13f(10)=13, and f(20)=−13f(20)=-13, and ff takes on every value between −13-13 and 1313. Then ff is continuous.

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정답·풀이 보기

아니요. 사잇값 정리는 처음부터 연속이라는 보장이 없는 함수에 대해서는 아무것도 말해 주지 않는다. 위와 같은 조건을 만족하면서 연속이 아닌 함수는 아주 쉽게 만들 수 있다. 예를 들어 아래 그림의 함수는 식의 형태보다 그래프를 보는 편이 이해하기 쉽다: f(x)={−265x+65,10≤x<15−265x+91,15≤x≤20f(x)=\left\{\begin{array}{ll} -\frac{26}{5}x+65,&10 \leq x < 15\\ -\frac{26}{5}x+91,&15 \leq x \leq 20 \end{array}\right..

그림

원본 교재 풀이(영어)

No. IVT says nothing about functions that are not guaranteed to be continuous at the outset. It's quite easy to construct a function that is as described, but not continuous. For example, the function pictured below, whose equation format is somewhat less enlightening than its graph: f(x)={−265x+65,10≤x<15−265x+91,15≤x≤20f(x)=\left\{\begin{array}{ll} -\frac{26}{5}x+65,&10 \leq x < 15\\ -\frac{26}{5}x+91,&15 \leq x \leq 20 \end{array}\right..

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 5번
# 함수의 연속계산기본자동 분류
249.CLP-1 · 1.6절 · 10번우리말 번역

f(x)f(x) 와 g(x)g(x) 가 x=0x=0 에서 연속이고, h(x)=xf(x)g2(x)+1h(x)=\dfrac{xf(x)}{g^2(x)+1} 이라고 하자. lim⁡x→0+h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^+} h(x) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) and g(x)g(x) are continuous at x=0x=0, and let h(x)=xf(x)g2(x)+1h(x)=\dfrac{xf(x)}{g^2(x)+1}. What is lim⁡x→0+h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^+} h(x)?

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 와 g(x)g(x) 가 0에서 연속이고 g2(x)+1g^2(x)+1 은 0이 될 수 없으므로, h(x)h(x) 도 0에서 연속이다. 연속의 정의에 의해 lim⁡x→0h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0}h(x) 가 존재하고 그 값은 h(0)=0f(0)g2(0)+1=0h(0)=\frac{0f(0)}{g^2(0)+1}=0 이다.

극한 lim⁡x→0h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0}h(x) 가 존재하고 그 값이 0이므로, 우극한 lim⁡x→0+h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^+}h(x) 도 존재하고 그 값은 0이다.

원본 교재 풀이(영어)

Since f(x)f(x) and g(x)g(x) are continuous at zero, and since g2(x)+1g^2(x)+1 must be nonzero, then h(x)h(x) is continuous at 0 as well. According to the definition of continuity, then lim⁡x→0h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0}h(x) exists and is equal to h(0)=0f(0)g2(0)+1=0h(0)=\frac{0f(0)}{g^2(0)+1}=0.

Since the limit lim⁡x→0h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0}h(x) exists and is equal to zero, also the one-sided limit lim⁡x→0+h(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^+}h(x) exists and is equal to zero.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 12번
# 함수의 연속계산기본자동 분류
250.CLP-1 · 1.6절 · 13번우리말 번역

함수가 연속인 모든 점을 설명하세요: f(x)=1x2−1f(x)=\dfrac{1}{x^2-1}.

영어 원문 보기

Describe all points for which the function is continuous: f(x)=1x2−1f(x)=\dfrac{1}{x^2-1}.

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 유리함수이므로 분모가 0인 경우를 제외하고 연속이다. 즉, x=1x=1 과 x=−1x=-1 을 제외한 모든 점에서 연속이다.

원본 교재 풀이(영어)

f(x)f(x) is a rational function and so is continuous except when its denominator is zero. That is, except when x=1x=1 and x=−1x=-1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 14번
# 함수의 연속계산보통자동 분류
251.CLP-1 · 1.6절 · 14번우리말 번역

이 함수가 연속이 되는 모든 점을 설명하세요: f(x)=1x2−1f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}}.

영어 원문 보기

Describe all points for which this function is continuous: f(x)=1x2−1f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}}.

정답·풀이 보기

이 함수는 x2−1>0x^2-1> 0, 즉 (x−1)(x+1)>0(x-1)(x+1)> 0 일 때 연속이며, 이를 풀면 구간 (−∞,−1)∪(1,+∞)(-\infty, -1)\cup (1,+\infty) 를 얻는다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is continuous when x2−1>0x^2-1> 0, i.e. (x−1)(x+1)>0(x-1)(x+1)> 0, which yields the intervals (−∞,−1)∪(1,+∞)(-\infty, -1)\cup (1,+\infty).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 15번
# 함수의 연속계산보통자동 분류
252.CLP-1 · 1.6절 · 15번우리말 번역

이 함수가 연속이 되는 모든 점을 설명하세요: 11+cos⁡(x)\dfrac{1}{\sqrt{1+\cos(x)}}.

영어 원문 보기

Describe all points for which this function is continuous: 11+cos⁡(x)\dfrac{1}{\sqrt{1+\cos(x)}}.

정답·풀이 보기

함수 1/x1/\sqrt{x} 는 (0,+∞)(0,+\infty) 에서 연속이고 함수 cos⁡(x)+1\cos(x) + 1 은 모든 점에서 연속이다.

따라서 1/cos⁡(x)+11/\sqrt{\cos(x) + 1 } 은 cos⁡x=−1\cos x=-1 인 점을 제외하고 연속이다. 이것은 xx 가 π\pi 의 홀수 배일 때 일어난다. 그러므로 이 함수는 x=±π,±3π,±5π,…x=\pm \pi, \pm 3\pi, \pm 5\pi, \dots 를 제외한 모든 점에서 연속이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function 1/x1/\sqrt{x} is continuous on (0,+∞)(0,+\infty) and the function cos⁡(x)+1\cos(x) + 1 is continuous everywhere.

So 1/cos⁡(x)+11/\sqrt{\cos(x) + 1 } is continuous except when cos⁡x=−1\cos x=-1. This happens when xx is an odd multiple of π\pi. Hence the function is continuous except at x=±π,±3π,±5π,…x=\pm \pi, \pm 3\pi, \pm 5\pi, \dots.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 16번
# 함수의 연속계산보통자동 분류
253.CLP-1 · 1.6절 · 16번우리말 번역

이 함수가 연속이 되는 모든 점을 설명하세요: f(x)=1sin⁡xf(x)=\dfrac{1}{\sin x}.

영어 원문 보기

Describe all points for which this function is continuous: f(x)=1sin⁡xf(x)=\dfrac{1}{\sin x}.

정답·풀이 보기

이 함수는 sin⁡(x)≠0\sin(x)\neq 0 일 때 연속이다. 즉, xx 가 π\pi 의 정수 배가 아닐 때이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is continuous when sin⁡(x)≠0\sin(x)\neq 0. That is, when xx is not an integer multiple of π\pi.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 17번
# 함수의 연속계산보통자동 분류
254.CLP-1 · 1.6절 · 26번우리말 번역

사잇값 정리를 이용하여 f(x)=x7−15x6+9x2−18x+15f(x)=x^7-15x^6+9x^2-18x+15 의 근을 포함하는, 길이가 1인 구간을 구하세요.

영어 원문 보기

Use the intermediate value theorem to find an interval of length one containing a root of f(x)=x7−15x6+9x2−18x+15f(x)=x^7-15x^6+9x^2-18x+15.

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 다항식이므로 모든 점에서 연속이다. f(a)>0f(a)>0 이고 f(b)<0f(b)<0 인 값 aa, bb 를 찾을 수 있다면, 사잇값 정리에 의해 (a,b)(a,b) 에 f(c)=0f(c)=0 인 cc 가 존재한다. 즉, 구간 [a,b][a,b] 에 근이 있다. 계산하기 쉬운 xx 값부터 대입해 보자.

f(0)=15f(0)=15 이고, f(1)=1−15+9−18+15=−8f(1)=1-15+9-18+15=-8 이다. 0 은 f(0)f(0) 과 f(1)f(1) 사이에 있고 ff 는 연속이므로, 사잇값 정리에 의해 f(x)=0f(x)=0 인 xx 가 [0,1][0,1] 에 반드시 존재한다. 즉, [0,1][0,1] 에 근이 있다.

이 구간이 가장 찾기 쉬운 구간이었다. 계속 대입해 보면 두 구간을 더 찾을 수 있다. f(−1)=26f(-1)=26 (양수)이고 f(−2)=−1001f(-2)=-1001 (음수)이므로 [−2,−1][-2,-1] 에 근이 있다.

계산이 까다롭지만 [14,15][14,15] 에도 근이 있다.

이것은 중요한 요령이다. 차수가 높은 다항식은 근의 정확한 값을 구하는 것이 불가능한 경우가 많다. 사잇값 정리를 이용하면 적어도 근이 반드시 있는 범위를 제시할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

f(x)f(x) is a polynomial, so it's continuous everywhere. If we can find values aa and bb so that f(a)>0f(a)>0 and f(b)<0f(b)<0, then by the IVT, there will exist some cc in (a,b)(a,b) where f(c)=0f(c)=0; that is, there is a root in the interval [a,b][a,b]. Let's start plugging in easy values of xx.

f(0)=15f(0)=15, and f(1)=1−15+9−18+15=−8f(1)=1-15+9-18+15=-8. Since 0 is between f(0)f(0) and f(1)f(1), and since ff is continuous, by IVT there must be some xx in [0,1][0,1] for which f(x)=0f(x)=0: that is, there is some root in [0,1][0,1].

That was the easiest interval to find. If you keep playing around, you find two more. f(−1)=26f(-1)=26 (positive) and f(−2)=−1001f(-2)=-1001 (negative), so there is a root in [−2,−1][-2,-1].

The arithmetic is nasty, but there is also a root in [14,15][14,15].

This is an important trick. For high-degree polynomials, it is often impossible to get the exact values of the roots. Using the IVT, we can at least give a range where a root must be.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.4절 · 23번
# 함수의 연속계산도전자동 분류
255.CLP-1 · 1.6절 · 27번우리말 번역

사잇값 정리를 이용하여 73\sqrt[3]{7} 의 소수 근삿값을 적어도 소수 둘째 자리까지 정확하게 구하세요. 계산기를 사용해도 되지만 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈에만 사용할 수 있습니다.

영어 원문 보기

Use the intermediate value theorem to give a decimal approximation of 73\sqrt[3]{7} that is correct to at least two decimal places. You may use a calculator, but only to add, subtract, multiply, and divide.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f(x)=x3f(x)=x^3 이라 하자. ff 는 다항식이므로 모든 곳에서 연속이다. f(a)<7<f(b)f(a)<7<f(b) 이면 73\sqrt[3]{7} 은 aa 와 bb 사이에 있다. 이 부등식을 만족시키면서 서로 매우 가까운 aa 와 bb 를 찾을 수 있다면, 73\sqrt[3]{7} 의 좋은 근삿값을 얻을 수 있다.

  • 정수부터 시작해 보자. 13<7<231^3<7<2^3 이므로 73\sqrt[3]{7} 은 구간 (1,2)(1,2) 에 있다.
  • 범위를 좁혀 보자. 예를 들어 f(1.5)f(1.5) 를 살펴보자. (1.5)3=3.375<7(1.5)^3 = 3.375<7 이므로 73\sqrt[3]{7} 은 구간 (1.5,2)(1.5,2) 에 있다.
  • 더 좁혀 보자. 예를 들어 f(1.75)f(1.75) 를 살펴보자. (1.75)3≈5.34<7(1.75)^3\approx 5.34<7 이므로 73\sqrt[3]{7} 은 구간 (1.75,2)(1.75,2) 에 있다.
  • 여러 값을 시험해 보면 f(1.9)<7<f(2)f(1.9)<7<f(2) 임을 알 수 있으므로 73\sqrt[3]{7} 은 1.91.9 와 22 사이에 있다.
  • 더 시험해 보면 f(1.91)<7<f(1.92)f(1.91)<7<f(1.92) 이므로 73\sqrt[3]{7} 은 (1.91,1.92)(1.91,1.92) 에 있다.
  • 73\sqrt[3]{7} 을 소수 둘째 자리까지 반올림한 근삿값을 얻으려면 73\sqrt[3]{7} 이 1.9151.915 보다 큰지 작은지를 알아야 한다. 실제로 f(1.915)≈7.02>7f(1.915) \approx 7.02>7 이므로 73<1.915\sqrt[3]{7}<1.915 이고, 따라서 소수 둘째 자리까지 반올림하면 73≈1.91\sqrt[3]{7}\approx 1.91 이다.

이것이 73\sqrt[3]{7} 을 어림하는 당연한 방법으로 느껴진다면 잘 이해한 것이다. 사잇값 정리는 매우 직관적인 원리를 정식으로 나타낸 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let f(x)=x3f(x)=x^3. Since ff is a polynomial, it is continuous everywhere. If f(a)<7<f(b)f(a)<7<f(b), then 73\sqrt[3]{7} is somewhere between aa and bb. If we can find aa and bb that satisfy these inequalities, and are very close together, that will give us a good approximation for 73\sqrt[3]{7}.

  • Let's start with integers. 13<7<231^3<7<2^3, so 73\sqrt[3]{7} is in the interval (1,2)(1,2).
  • Let's narrow this down, say by testing f(1.5)f(1.5). (1.5)3=3.375<7(1.5)^3 = 3.375<7, so 73\sqrt[3]{7} is in the interval (1.5,2)(1.5,2).
  • Let's narrow further, say by testing f(1.75)f(1.75). (1.75)3≈5.34<7(1.75)^3\approx 5.34<7, so 73\sqrt[3]{7} is in the interval (1.75,2)(1.75,2).
  • Testing various points, we find f(1.9)<7<f(2)f(1.9)<7<f(2), so 73\sqrt[3]{7} is between 1.91.9 and 22.
  • By testing more, we find f(1.91)<7<f(1.92)f(1.91)<7<f(1.92), so 73\sqrt[3]{7} is in (1.91,1.92)(1.91,1.92).
  • In order to get an approximation for 73\sqrt[3]{7} that is rounded to two decimal places, we have to know whether 73\sqrt[3]{7} is greater or less than 1.9151.915; indeed f(1.915)≈7.02>7f(1.915) \approx 7.02>7, so 73<1.915\sqrt[3]{7}<1.915; then rounded to two decimal places, 73≈1.91\sqrt[3]{7}\approx 1.91.

If this seems like the obvious way to approximate 73\sqrt[3]{7}, that's good. The IVT is a formal statement of a very intuitive principle.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 26번
# 함수의 연속계산도전자동 분류