문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 함수의 극한과 연속

함수의 극한과 연속 전체 문제

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498문제 · 25 / 25쪽

481.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
482.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
483.CLP-1 · 1.6절 · 17번우리말 번역

다음 함수가 x=cx=c 에서 연속이 되도록 하는 cc 의 값을 모두 구하세요: f(x)={8−cx일 때x≤cx2일 때x>cf(x)=\left\{\begin{array}{ccc} 8-cx & \text{일 때} & x\le c\\ x^2 & \text{일 때} & x> c \end{array}\right. 연속의 정의를 이용하여 답을 정당화하세요.

영어 원문 보기

Find all values of cc such that the following function is continuous at x=cx=c: f(x)={8−cxifx≤cx2ifx>cf(x)=\left\{\begin{array}{ccc} 8-cx & \text{if} & x\le c\\ x^2 & \text{if} & x> c \end{array}\right. Use the definition of continuity to justify your answer.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

두 구간의 식이 각각 다항식이므로 이 함수는 x≠cx\ne c 에서 연속이다. 따라서 문제는 x=cx=c 에서 연속인지 여부뿐이며, 이를 위해서는 lim⁡x→c−f(x)=f(c)=lim⁡x→c+f(x)\lim_{x\to c^-}f(x)=f(c)=\lim_{x\to c+}f(x) 이어야 한다. 계산하면 lim⁡x→c−f(x)=lim⁡x→c−8−cx=8−c2;\lim_{x\to c^-}f(x)=\lim_{x\to c^-}8-cx = 8-c^2; f(c)=8−c⋅c=8−c2 이고f(c)=8-c\cdot c= 8-c^2\text{ 이고} lim⁡x→c+f(x)=lim⁡x→c+x2=c2.\lim_{x\to c^+}f(x)=\lim_{x\to c^+}x^2=c^2. 따라서 8−c2=c28-c^2=c^2 이어야 하고, 이로부터 c2=4c^2=4, 즉 c=−2c=-2 또는 c=2c=2 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is continuous for x≠cx\ne c since each of those two branches are polynomials. So, the only question is whether the function is continuous at x=cx=c; for this we need lim⁡x→c−f(x)=f(c)=lim⁡x→c+f(x).\lim_{x\to c^-}f(x)=f(c)=\lim_{x\to c+}f(x). We compute lim⁡x→c−f(x)=lim⁡x→c−8−cx=8−c2;\lim_{x\to c^-}f(x)=\lim_{x\to c^-}8-cx = 8-c^2; f(c)=8−c⋅c=8−c2 andf(c)=8-c\cdot c= 8-c^2\text{ and} lim⁡x→c+f(x)=lim⁡x→c+x2=c2.\lim_{x\to c^+}f(x)=\lim_{x\to c^+}x^2=c^2. So, we need 8−c2=c28-c^2=c^2, which yields c2=4c^2=4, i.e. c=−2c=-2 or c=2c=2.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 18번
# 함수의 연속증명·논술보통자동 분류
484.CLP-1 · 1.6절 · 18번우리말 번역

다음 함수가 모든 점에서 연속이 되도록 하는 cc 의 값을 모두 구하세요:

f(x)={x2+cx≥0cos⁡cxx<0\begin{aligned} f(x) &= \begin{cases} x^2+c & x\geq 0\\ \cos cx & x< 0 \end{cases} \end{aligned}

연속의 정의를 이용하여 답을 정당화하세요.

영어 원문 보기

Find all values of cc such that the following function is continuous everywhere:

f(x)={x2+cx≥0cos⁡cxx<0\begin{aligned} f(x) &= \begin{cases} x^2+c & x\geq 0\\ \cos cx & x< 0 \end{cases} \end{aligned}

Use the definition of continuity to justify your answer.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

x2+cx^2+c 와 cos⁡cx\cos cx 가 모든 점에서 연속이므로 이 함수는 x≠0x \ne 0 에서 연속이다. 이제 x=0x=0 에서의 연속성을 확인해야 한다. 이를 위해 다음 세 값이 같음을 확인해야 한다.

lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+x2+c=cf(0)=clim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−cos⁡cx=cos⁡0=1\begin{aligned} \lim_{x \to 0^+} f(x) &= \lim_{x\to 0^+} x^2+c = c\\ f(0) &= c \\ \lim_{x \to 0^-} f(x) &= \lim_{x\to 0^-} \cos cx = \cos 0 = 1 \end{aligned}

그러므로 c=1c=1 일 때 극한값들이 일치한다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is continuous for x≠0x \ne 0 since x2+cx^2+c and cos⁡cx\cos cx are continuous everywhere. It remains to check continuity at x=0x=0. To do this we must check that the following three are equal.

lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+x2+c=cf(0)=clim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−cos⁡cx=cos⁡0=1\begin{aligned} \lim_{x \to 0^+} f(x) &= \lim_{x\to 0^+} x^2+c = c\\ f(0) &= c \\ \lim_{x \to 0^-} f(x) &= \lim_{x\to 0^-} \cos cx = \cos 0 = 1 \end{aligned}

Hence when c=1c=1 we have the limits agree.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 19번
# 함수의 연속증명·논술보통자동 분류
485.CLP-1 · 1.6절 · 19번우리말 번역

다음 함수가 연속이 되도록 하는 cc 의 값을 모두 구하세요: f(x)={x2−4(x<c 일 때)3x(x≥c 일 때) .f(x) = \begin{cases} x^2-4 & \text{(}x< c\text{ 일 때)}\\ 3x & \text{(}x \ge c\text{ 일 때)}\,.\end{cases} 연속의 정의를 이용하여 답을 설명하세요.

영어 원문 보기

Find all values of cc such that the following function is continuous: f(x)={x2−4if x<c3xif x≥c .f(x) = \begin{cases} x^2-4 & \text{if } x< c\\ 3x & \text{if } x \ge c\,. \end{cases} Use the definition of continuity to justify your answer.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

두 구간에서 함수는 각각 다항식으로 정의되므로 x≠cx\ne c 에서 함수는 연속이다. 따라서 문제가 되는 것은 x=cx=c 에서 함수가 연속인지 여부뿐이다. 또한 lim⁡x→c−f(x)=c2−4\lim_{x\to c^-}f(x) = c^2-4 이고 lim⁡x→c+f(x)=f(c)=3c \lim_{x\to c^+}f(x) = f(c) = 3c\, 이다. 연속이려면 두 극한과 함숫값이 모두 일치해야 하므로, ff 가 연속일 필요충분조건은 c2−4=3cc^2-4 = 3c 이다. 즉 필요충분조건은 c2−3c−4=0 c^2-3c-4 = 0\, 이다. 이를 (c−4)(c+1)=0(c-4)(c+1) = 0 으로 인수분해하면 c=−1c=-1 또는 c=+4c=+4 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is continuous for x≠cx\ne c since each of those two branches are defined by polynomials. Thus, the only question is whether the function is continuous at x=cx=c. Furthermore, lim⁡x→c−f(x)=c2−4\lim_{x\to c^-}f(x) = c^2-4 and lim⁡x→c+f(x)=f(c)=3c .\lim_{x\to c^+}f(x) = f(c) = 3c\,. For continunity we need both limits and the value to agree, so ff is continuous if and only if c2−4=3cc^2-4 = 3c, that is if and only if c2−3c−4=0 .c^2-3c-4 = 0\,. Factoring this as (c−4)(c+1)=0(c-4)(c+1) = 0 yields c=−1c=-1 or c=+4c=+4.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.4절 · 31번
# 함수의 연속증명·논술보통자동 분류
486.CLP-1 · 1.6절 · 20번우리말 번역

다음 함수가 연속이 되도록 하는 cc 의 모든 값을 구하세요. f(x)={6−cx일 때x≤2cx2일 때x>2cf(x)=\left\{\begin{array}{ccc} 6-cx & \text{일 때} & x\le 2c\\ x^2 & \text{일 때} & x> 2c \end{array}\right.연속의 정의를 이용하여 답을 근거와 함께 설명하세요.

영어 원문 보기

Find all values of cc such that the following function is continuous: f(x)={6−cxifx≤2cx2ifx>2cf(x)=\left\{\begin{array}{ccc} 6-cx & \text{if} & x\le 2c\\ x^2 & \text{if} & x> 2c \end{array}\right.Use the definition of continuity to justify your answer.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

두 구간의 식이 각각 다항식이므로 함수는 x≠2cx\ne 2c 에서 연속이다. 따라서 남은 문제는 함수가 x=2cx=2c 에서 연속인지 여부뿐이며, 이를 위해서는 lim⁡x→2c−f(x)=f(2c)=lim⁡x→2c+f(x)\lim_{x\to 2c^-}f(x)=f(2c)=\lim_{x\to 2c+}f(x) 이어야 한다. 각각 계산하면 lim⁡x→2c−f(x)=lim⁡x→2c−6−cx=6−2c2;\lim_{x\to 2c^-}f(x)=\lim_{x\to 2c^-}6-cx = 6-2c^2; f(2c)=6−c⋅2c=6−2c2이고f(2c)=6-c\cdot 2c= 6-2c^2\text{이고} lim⁡x→2c+f(x)=lim⁡x→2c+x2=4c2\lim_{x\to 2c^+}f(x)=\lim_{x\to 2c^+}x^2=4c^2 이다. 따라서 6−2c2=4c26-2c^2=4c^2 이어야 하므로 c2=1c^2=1, 즉 c=−1c=-1 또는 c=1c=1 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is continuous for x≠2cx\ne 2c since each of those two branches are polynomials. So, the only question is whether the function is continuous at x=2cx=2c; for this we need lim⁡x→2c−f(x)=f(2c)=lim⁡x→2c+f(x).\lim_{x\to 2c^-}f(x)=f(2c)=\lim_{x\to 2c+}f(x). We compute lim⁡x→2c−f(x)=lim⁡x→2c−6−cx=6−2c2;\lim_{x\to 2c^-}f(x)=\lim_{x\to 2c^-}6-cx = 6-2c^2; f(2c)=6−c⋅2c=6−2c2 andf(2c)=6-c\cdot 2c= 6-2c^2\text{ and} lim⁡x→2c+f(x)=lim⁡x→2c+x2=4c2.\lim_{x\to 2c^+}f(x)=\lim_{x\to 2c^+}x^2=4c^2. So, we need 6−2c2=4c26-2c^2=4c^2, which yields c2=1c^2=1, i.e. c=−1c=-1 or c=1c=1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 23번
# 함수의 연속증명·논술보통자동 분류
487.CLP-1 · 1.6절 · 21번우리말 번역

sin⁡x=x−1\sin x = x-1 을 만족하는 실수 xx 가 적어도 하나 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that there exists at least one real number xx satisfying sin⁡x=x−1\sin x = x-1

정답·풀이 보기

이 등식은 그냥 풀 수 있는 종류가 아니므로 요령이 필요하며, 그 요령이 바로 사잇값 정리이다. 기본 아이디어는 sin⁡x\sin x 가 어떤 곳에서는 x−1x-1 보다 크고, 또 어떤 곳에서는 작음을 보이는 것이다. 그런데 사잇값 정리는 함수가 어떤 상수와 같아짐을 보여 줄 수 있을 뿐이므로, 표현을 약간 바꿔야 한다. sin⁡x=x−1\sin x = x-1 임을 보이는 것은 sin⁡x−x+1=0\sin x - x + 1 = 0 임을 보이는 것과 같으므로, f(x)=sin⁡x−x+1f(x)=\sin x - x +1 이라 하고 이 함수가 실근을 가짐을 보이자.

먼저 f(x)f(x) 가 연속임에 주목해야 한다(그렇지 않으면 사잇값 정리를 쓸 수 없다). 이제 ff 의 값이 양수가 되는 xx 와 음수가 되는 xx 를 찾아야 한다. 몇 개의 값을 확인해 보면 f(0)f(0) 은 양수이고 f(100)f(100) 은 음수임을 알 수 있다. 따라서 사잇값 정리에 의해 f(x)=0f(x)=0 이 되는 xx 의 값이 (00 과 100100 사이에) 존재한다. 그러므로 sin⁡x=x−1\sin x = x-1 을 만족하는 xx 의 값이 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

This isn't the kind of equality that we can just solve; we'll need a trick, and that trick is the IVT. The general idea is to show that sin⁡x\sin x is somewhere bigger, and somewhere smaller, than x−1x-1. However, since the IVT can only show us that a function is equal to a constant, we need to slightly adjust our language. Showing sin⁡x=x−1\sin x = x-1 is equivalent to showing sin⁡x−x+1=0\sin x - x + 1 = 0, so let f(x)=sin⁡x−x+1f(x)=\sin x - x +1, and let's show that it has a real root.

First, we need to note that f(x)f(x) is continuous (otherwise we can't use the IVT). Now, we need to find a value of xx for which it is positive, and for which it's negative. By checking a few values, we find f(0)f(0) is positive, and f(100)f(100) is negative. So, by the IVT, there exists a value of xx (between 00 and 100100) for which f(x)=0f(x)=0. Therefore, there exists a value of xx for which sin⁡x=x−1\sin x = x-1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 20번
# 함수의 연속증명·논술도전자동 분류
488.CLP-1 · 1.6절 · 22번우리말 번역

3c=c23^c=c^2 을 만족하는 실수 cc 가 적어도 하나 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that there exists at least one real number cc such that 3c=c23^c=c^2.

정답·풀이 보기

f(x)=3x−x2f(x)=3^x-x^2 이라 하자. 3x3^x 과 x2x^2 은 모든 실수에서 연속이므로 f(x)f(x) 는 연속함수이다.

f(a)>0f(a)>0 인 값 aa 를 찾는다. 바로 a=0a=0 이 조건을 만족함을 알 수 있다. 왜냐하면 f(0)=30−0=1>0f(0)=3^0-0=1>0 이기 때문이다.

f(b)<0f(b)<0 인 값 bb 를 찾는다. b=−1b=-1 이 조건을 만족한다. 왜냐하면 f(−1)=13−1<0f(-1)=\frac{1}{3}-1<0 이기 때문이다.

따라서 f(x)f(x) 는 (−∞,∞)(-\infty, \infty) 에서 연속이고 f(0)>0f(0)>0 이면서 f(−1)<0f(-1)<0 이므로, 사잇값 정리에 의해 f(c)=0f(c)=0 인 실수 cc 가 구간 (−1,0)(-1,0) 에 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

We let f(x)=3x−x2f(x)=3^x-x^2. Then f(x)f(x) is a continuous function, since both 3x3^x and x2x^2 are continuous for all real numbers.

We find a value aa such that f(a)>0f(a)>0. We observe immediately that a=0a=0 works since f(0)=30−0=1>0.f(0)=3^0-0=1>0.

We find a value bb such that f(b)<0f(b)<0. We see that b=−1b=-1 works since f(−1)=13−1<0.f(-1)=\frac{1}{3}-1<0.

So, because f(x)f(x) is continuous on (−∞,∞)(-\infty, \infty) and f(0)>0f(0)>0 while f(−1)<0f(-1)<0, then the Intermediate Value Theorem guarantees the existence of a real number cc in the interval (−1,0)(-1,0) such that f(c)=0f(c)=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 25번
# 함수의 연속증명·논술도전자동 분류
489.CLP-1 · 1.6절 · 23번우리말 번역

2tan⁡(c)=c+12\tan(c)=c+1 을 만족하는 실수 cc 가 적어도 하나 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that there exists at least one real number cc such that 2tan⁡(c)=c+12\tan(c)=c+1.

정답·풀이 보기

f(x)=2tan⁡(x)−x−1f(x)=2\tan(x)-x-1 이라 하자. tan⁡(x)=sin⁡(x)/cos⁡(x)\tan(x)=\sin(x)/\cos(x) 는 구간 (−π/2,π/2)(-\pi/2, \pi/2) 에서 연속이고, x+1x+1 은 다항식이므로 모든 실수에서 연속이다. 따라서 f(x)f(x) 는 이 구간에서 연속함수이다.

f(a)<0f(a)<0 인 값 a∈(−π/2,π/2)a\in (-\pi/2,\pi/2) 를 찾는다. 바로 a=0a=0 이 조건을 만족함을 알 수 있다. 왜냐하면 f(0)=2tan⁡(0)−0−1=0−1=−1<0f(0)=2\tan(0)-0-1=0-1=-1<0 이기 때문이다.

f(b)>0f(b)>0 인 값 b∈(−π/2,π/2)b\in (-\pi/2, \pi/2) 를 찾는다. b=π/4b=\pi/4 가 조건을 만족한다. 왜냐하면 f(π/4)=2tan⁡(π/4)−π/4−1=2−π/4−1=1−π/4=(4−π)/4>0f(\pi/4)=2\tan(\pi/4) -\pi/4 - 1=2-\pi/4 - 1=1-\pi/4=(4-\pi)/4>0 이기 때문이다. 이는 3<π<43<\pi<4 이므로 성립한다.

따라서 f(x)f(x) 는 [0,π/4][0,\pi/4] 에서 연속이고 f(0)<0f(0)<0 이면서 f(π/4)>0f(\pi/4)>0 이므로, 사잇값 정리에 의해 f(c)=0f(c)=0 인 실수 c∈(0,π/4)c\in (0,\pi/4) 가 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

We let f(x)=2tan⁡(x)−x−1f(x)=2\tan(x)-x-1. Then f(x)f(x) is a continuous function on the interval (−π/2,π/2)(-\pi/2, \pi/2) since tan⁡(x)=sin⁡(x)/cos⁡(x)\tan(x)=\sin(x)/\cos(x) is continuous on this interval, while x+1x+1 is a polynomial and therefore continuous for all real numbers.

We find a value a∈(−π/2,π/2)a\in (-\pi/2,\pi/2) such that f(a)<0f(a)<0. We observe immediately that a=0a=0 works since f(0)=2tan⁡(0)−0−1=0−1=−1<0.f(0)=2\tan(0)-0-1=0-1=-1<0.

We find a value b∈(−π/2,π/2)b\in (-\pi/2, \pi/2) such that f(b)>0f(b)>0. We see that b=π/4b=\pi/4 works since f(π/4)=2tan⁡(π/4)−π/4−1=2−π/4−1=1−π/4=(4−π)/4>0,f(\pi/4)=2\tan(\pi/4) -\pi/4 - 1=2-\pi/4 - 1=1-\pi/4=(4-\pi)/4>0, because 3<π<43<\pi<4.

So, because f(x)f(x) is continuous on [0,π/4][0,\pi/4] and f(0)<0f(0)<0 while f(π/4)>0f(\pi/4)>0, then the Intermediate Value Theorem guarantees the existence of a real number c∈(0,π/4)c\in (0,\pi/4) such that f(c)=0f(c)=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 22번
# 함수의 연속증명·논술도전자동 분류
490.CLP-1 · 1.6절 · 24번우리말 번역

다음을 만족하는 실수 c 가 적어도 하나 존재함을 보이세요. cos⁡(πc)=sin⁡(2πc)+12\sqrt{\cos(\pi c)} = \sin(2 \pi c) + \frac{1}{2}.

영어 원문 보기

Show that there exists at least one real number c such that cos⁡(πc)=sin⁡(2πc)+12\sqrt{\cos(\pi c)} = \sin(2 \pi c) + \frac{1}{2}.

정답·풀이 보기

f(x)=cos⁡(πx)−sin⁡(2πx)−1/2f(x) = \sqrt{\cos(\pi x)} - \sin(2\pi x) -1/2 라 하자. 이 함수는 cos⁡(πx)≥0\cos(\pi x)\geq 0 인 범위에서 연속이다. 이는 0≤x≤120 \leq x \leq \frac{1}{2} 에서 성립한다.

이제 ff 는 [0,1/2][0,1/2] 에서 양수 값을 갖는다:

f(0)=cos⁡(0)−sin⁡(0)−1/2=1−1/2=1/2.\begin{aligned} f(0) &= \sqrt{\cos(0)} - \sin(0) -1/2 = \sqrt{1} -1/2 = 1/2. \end{aligned}

또한 ff 는 [0,1/2][0,1/2] 에서 음수 값도 갖는다:

f(1/2)=cos⁡(π/2)−sin⁡(π)−1/2=0−0−1/2=−1/2\begin{aligned} f(1/2) &= \sqrt{\cos(\pi/2)}-\sin(\pi)-1/2 = 0-0-1/2 = -1/2 \end{aligned}

(f(1/3)=(2−3)/2−1/2f(1/3)=(\sqrt{2}-\sqrt{3})/2-1/2 도 마찬가지로 성립함에 주목하자.)

따라서 f(x)f(x) 가 [0,1/2)[0,1/2) 에서 연속이고 f(0)>0f(0)>0 이면서 f(1/2)<0f(1/2)<0 이므로, 사잇값 정리에 의해 f(c)=0f(c)=0 인 실수 c∈(0,1/2)c\in (0,1/2) 가 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

Let f(x)=cos⁡(πx)−sin⁡(2πx)−1/2f(x) = \sqrt{\cos(\pi x)} - \sin(2\pi x) -1/2. This function is continuous provided cos⁡(πx)≥0\cos(\pi x)\geq 0. This is true for 0≤x≤120 \leq x \leq \frac{1}{2}.

Now ff takes positive values on [0,1/2][0,1/2]:

f(0)=cos⁡(0)−sin⁡(0)−1/2=1−1/2=1/2.\begin{aligned} f(0) &= \sqrt{\cos(0)} - \sin(0) -1/2 = \sqrt{1} -1/2 = 1/2. \end{aligned}

And ff takes negative values on [0,1/2][0,1/2]:

f(1/2)=cos⁡(π/2)−sin⁡(π)−1/2=0−0−1/2=−1/2\begin{aligned} f(1/2) &= \sqrt{\cos(\pi/2)}-\sin(\pi)-1/2 = 0-0-1/2 = -1/2 \end{aligned}

(Notice that f(1/3)=(2−3)/2−1/2f(1/3)=(\sqrt{2}-\sqrt{3})/2-1/2 also works)

So, because f(x)f(x) is continuous on [0,1/2)[0,1/2) and f(0)>0f(0)>0 while f(1/2)<0f(1/2)<0, then the Intermediate Value Theorem guarantees the existence of a real number c∈(0,1/2)c\in (0,1/2) such that f(c)=0f(c)=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 27번
# 함수의 연속증명·논술도전자동 분류
491.CLP-1 · 1.6절 · 25번우리말 번역

다음을 만족하는 실수 cc 가 적어도 하나 존재함을 보이세요. 1(cos⁡πc)2=c+32\dfrac{1}{(\cos\pi c)^2} = c+\dfrac{3}{2}.

영어 원문 보기

Show that there exists at least one real number cc such that 1(cos⁡πc)2=c+32\dfrac{1}{(\cos\pi c)^2} = c+\dfrac{3}{2}.

정답·풀이 보기

f(x)=1cos⁡2(πx)−x−32f(x)=\dfrac{1}{\cos^2(\pi x)}-x-\dfrac{3}{2} 라 하자. 그러면 cos⁡x\cos x 는 모든 곳에서 연속이고 구간 (−1/2,1/2)(-1/2, 1/2) 에서 0이 아니므로, f(x)f(x) 는 그 구간에서 연속인 함수이다.

함수 ff 는 음수 값을 갖는다. 예를 들어 x=0x=0 일 때:

f(0)=1cos⁡2(0)−0−32=1−32=−12<0.\begin{aligned} f(0) &= \frac{1}{\cos^2(0)} - 0 - \frac{3}{2} = 1-\frac{3}{2} = -\frac{1}{2} <0. \end{aligned}

또한 양수 값도 갖는다. 예를 들어 x=1/4x=1/4 일 때:

f(1/4)=1(cos⁡π/4)2−14−32=11/2−1+64=2−7/4=1/4>0.\begin{aligned} f(1/4) &= \frac{1}{(\cos \pi/4)^2} - \frac{1}{4} - \frac{3}{2} \\ &= \frac{1}{1/2} - \frac{1+6}{4} \\ &= 2 - 7/4 = 1/4 >0. \end{aligned}

사잇값 정리에 의해 0<c<1/40<c<1/4 이고 f(c)=0f(c)=0 인 cc 가 존재하며, 이때

1(cos⁡πc)2=c+32.\begin{aligned} \dfrac{1}{(\cos\pi c)^2} = c+\dfrac{3}{2}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We let f(x)=1cos⁡2(πx)−x−32f(x)=\dfrac{1}{\cos^2(\pi x)}-x-\dfrac{3}{2}. Then f(x)f(x) is a continuous function on the interval (−1/2,1/2)(-1/2, 1/2) since cos⁡x\cos x is continuous everywhere and non-zero on that interval.

The function ff takes negative values. For example, when x=0x=0:

f(0)=1cos⁡2(0)−0−32=1−32=−12<0.\begin{aligned} f(0) &= \frac{1}{\cos^2(0)} - 0 - \frac{3}{2} = 1-\frac{3}{2} = -\frac{1}{2} <0. \end{aligned}

It also takes positive values, for instance when x=1/4x=1/4:

f(1/4)=1(cos⁡π/4)2−14−32=11/2−1+64=2−7/4=1/4>0.\begin{aligned} f(1/4) &= \frac{1}{(\cos \pi/4)^2} - \frac{1}{4} - \frac{3}{2} \\ &= \frac{1}{1/2} - \frac{1+6}{4} \\ &= 2 - 7/4 = 1/4 >0. \end{aligned}

By the IVT there is cc, 0<c<1/40<c<1/4 such that f(c)=0f(c)=0, in which case

1(cos⁡πc)2=c+32.\begin{aligned} \dfrac{1}{(\cos\pi c)^2} = c+\dfrac{3}{2}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 24번
# 함수의 연속증명·논술도전자동 분류
492.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
493.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
494.CLP-1 · 1.6절 · 28번우리말 번역

f(x)f(x) 와 g(x)g(x) 가 구간 [a,b][a,b] 에서 연속인 함수이고 f(a)≤g(a)f(a) \leq g(a), g(b)≤f(b)g(b)\leq f(b) 라 하자. f(c)=g(c)f(c)=g(c) 인 c∈[a,b]c \in [a,b] 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) and g(x)g(x) are functions that are continuous over the interval [a,b][a,b], with f(a)≤g(a)f(a) \leq g(a) and g(b)≤f(b)g(b)\leq f(b). Show that there exists some c∈[a,b]c \in [a,b] with f(c)=g(c)f(c)=g(c).

정답·풀이 보기
  • f(a)=g(a)f(a)=g(a) 또는 f(b)=g(b)f(b)=g(b) 이면 단순히 c=ac=a 또는 c=bc=b 로 잡으면 된다.
  • f(a)≠g(a)f(a) \neq g(a) 이고 f(b)≠g(b)f(b) \neq g(b) 라 하자. 그러면 f(a)<g(a)f(a)<g(a) 이고 g(b)<f(b)g(b)<f(b) 이므로 h(x)=f(x)−g(x)h(x)=f(x)-g(x) 로 정의하면 h(a)<0h(a)<0 이고 h(b)>0h(b)>0 이다. hh 는 [a,b][a,b] 에서 연속인 두 함수의 차이므로 hh 도 [a,b][a,b] 에서 연속이다. 따라서 사잇값 정리에 의해 h(c)=0h(c)=0 인 c∈(a,b)c \in (a,b) 가 존재한다. 즉, f(c)=g(c)f(c)=g(c) 이다.
원본 교재 풀이(영어)
  • If f(a)=g(a)f(a)=g(a), or f(b)=g(b)f(b)=g(b), then we simply take c=ac=a or c=bc=b.
  • Suppose f(a)≠g(a)f(a) \neq g(a) and f(b)≠g(b)f(b) \neq g(b). Then f(a)<g(a)f(a)<g(a) and g(b)<f(b)g(b)<f(b), so if we define h(x)=f(x)−g(x)h(x)=f(x)-g(x), then h(a)<0h(a)<0 and h(b)>0h(b)>0. Since hh is the difference of two functions that are continuous over [a,b][a,b], also hh is continuous over [a,b][a,b]. So, by the Intermediate Value Theorem, there exists some c∈(a,b)c \in (a,b) with h(c)=0h(c)=0; that is, f(c)=g(c)f(c)=g(c).
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 1.6절 · 9번
# 함수의 연속증명·논술도전자동 분류
495.Active Calculus · 1.2절 · 8번우리말 번역

함수 f(x)=16−x4x2−4f(x) = \frac{16-x^4}{x^2-4} 을 생각하세요.

(a) ff 의 정의역은 무엇인가요? (b) a=2a = 2 근처의 xx 값들의 수열을 이용하여, 극한이 존재한다고 생각하면 lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x) 의 값을 어림하세요. 극한이 존재하지 않는다고 생각하면 그 이유를 설명하세요. (c) 대수적 방법으로 식 16−x4x2−4\frac{16-x^4}{x^2-4} 을 간단히 하고, 이를 이용하여 lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x) 가 존재하면 그 값을 정확히 구하고, 존재하지 않으면 풀이 과정이 어떻게 극한이 존재하지 않음을 보여 주는지 설명하세요. 이 결과가 (b)의 결과와 어떻게 비교되는지 논하세요. (d) 참 또는 거짓: f(2)=−8f(2) = -8. 그 이유는 무엇인가요? (e) 참 또는 거짓: 16−x4x2−4=−4−x2\frac{16-x^4}{x^2-4} = -4-x^2. 그 이유는 무엇인가요? 이 등식은 함수 ff 에 대한 위의 풀이와 어떻게 연결되나요? (f) 위의 모든 풀이를 바탕으로 구간 [1,3][1,3] 에서 y=f(x)y = f(x) 의 정확하고 이름표가 붙은 그래프를 그리고, lim⁡x→216−x4x2−4\lim_{x \to 2} \frac{16-x^4}{x^2-4} 에 대해 이제 알게 된 것을 설명하는 문장을 한 문장 쓰세요.

영어 원문 보기

Consider the function whose formula is f(x)=16−x4x2−4f(x) = \frac{16-x^4}{x^2-4}.

(a) What is the domain of ff? (b) Use a sequence of values of xx near a=2a = 2 to estimate the value of lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x), if you think the limit exists. If you think the limit doesn't exist, explain why. (c) Use algebra to simplify the expression 16−x4x2−4\frac{16-x^4}{x^2-4} and hence work to evaluate lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x) exactly, if it exists, or to explain how your work shows the limit fails to exist. Discuss how your findings compare to your results in (b). (d) True or false: f(2)=−8f(2) = -8. Why? (e) True or false: 16−x4x2−4=−4−x2\frac{16-x^4}{x^2-4} = -4-x^2. Why? How is this equality connected to your work above with the function ff? (f) Based on all of your work above, construct an accurate, labeled graph of y=f(x)y = f(x) on the interval [1,3][1,3], and write a sentence that explains what you now know about lim⁡x→216−x4x2−4\lim_{x \to 2} \frac{16-x^4}{x^2-4}.

정답·풀이 보기

(a) ff 는 x2−4=0x^2 - 4 = 0 이 되게 하는 xx 의 값을 제외한 모든 xx 에 대해 정의된다. 따라서 ff 의 정의역은 x=±2x = \pm 2 를 제외한 모든 실수의 집합이다. (b) 스프레드시트를 이용하여 다음 표를 만든다.

xx f(x)f(x)
2.12.1 −8.41-8.41
2.012.01 −8.0401-8.0401
2.0012.001 −8.004001-8.004001
1.9991.999 −7.996001-7.996001
1.991.99 −7.9601-7.9601
1.91.9 −7.61-7.61
수치의 경향으로 볼 때 lim⁡x→2f(x)=−8\lim_{x \to 2} f(x) = -8 임을 알 수 있다.
(c) f(x)f(x) 의 분자와 분모를 인수분해하면 다음을 알 수 있다.
16−x4x2−4=(4−x2)(4+x2)(x−2)(x+2)=(2−x)(2+x)(4+x2)(x−2)(x+2) .\frac{16-x^4}{x^2-4} = \frac{(4-x^2)(4+x^2)}{(x-2)(x+2)} = \frac{(2-x)(2+x)(4+x^2)}{(x-2)(x+2)}\,. x→2x \to 2 일 때의 극한을 구할 때에는 2에 점점 가까워지지만 2와 같지는 않은 값을 택하므로
lim⁡x→216−x4x2−4=lim⁡x→2(2−x)(2+x)(4+x2)(x−2)(x+2)=lim⁡x→2−1(4+x2) ,\lim_{x \to 2} \frac{16-x^4}{x^2-4} = \lim_{x \to 2} \frac{(2-x)(2+x)(4+x^2)}{(x-2)(x+2)} = \lim_{x \to 2} -1(4+x^2)\,, 이다. 이는 x≠2x \ne 2 인 모든 xx 에 대해 2−xx−2=−1\frac{2-x}{x-2} = -1 이기 때문이다. 마지막으로 x→2x \to 2 일 때 마지막 극한을 계산하면
lim⁡x→216−x4x2−4=−1(4+22)=−8 .\lim_{x \to 2} \frac{16-x^4}{x^2-4} = -1(4+2^2) = -8\,. 이다.
(d) 거짓이다. (a)에서 f(2)f(2) 는 정의되지 않음을 보았다. 이제 xx 가 22 에 가까워질 때 ff 의 극한이 −8-8 임을 알지만, 여전히 f(2)f(2) 는 정의되지 않는다.
(e) 거짓이다. 이 등식은 22 또는 −2-2 가 아닌 xx 값에 대해서만 성립한다. 극한을 구할 때에는 xx 가 실제로 22 와 같아지지 않고 22 에 가까워지기만 하므로 이 등식을 사용할 수 있다.
(f) f(2)f(2) 는 정의되지 않지만 x→2x \to 2 일 때 ff 의 극한이 −8-8 이므로, 다음 그림과 같이 그래프는 점 (2,−8)(2,-8) 에 “구멍”이 있다.
구간 1 &lt; x &lt; 3 에서 함수 f(x) = (16-x^4)/(x^2-4) 의 그래프이다. 그래프는 점 (1,-5) 에서 (3,-13) 까지 감소하는 포물선처럼 보이지만, 작은 빈 원이 있다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) ff is defined for every value of xx except those that make x2−4=0x^2 - 4 = 0. Hence, the domain of ff is the set of all real numbers except x=±2x = \pm 2. (b) Using a spreadsheet, we generate the following table.

xx f(x)f(x)
2.12.1 −8.41-8.41
2.012.01 −8.0401-8.0401
2.0012.001 −8.004001-8.004001
1.9991.999 −7.996001-7.996001
1.991.99 −7.9601-7.9601
1.91.9 −7.61-7.61
The numerical trend suggests that lim⁡x→2f(x)=−8\lim_{x \to 2} f(x) = -8.
(c) By factoring the numerator and denominator of f(x)f(x), we observe that
16−x4x2−4=(4−x2)(4+x2)(x−2)(x+2)=(2−x)(2+x)(4+x2)(x−2)(x+2) .\frac{16-x^4}{x^2-4} = \frac{(4-x^2)(4+x^2)}{(x-2)(x+2)} = \frac{(2-x)(2+x)(4+x^2)}{(x-2)(x+2)}\,. Taking the limit as x→2x \to 2, we take values closer and closer, but not equal to 2, and therefore
lim⁡x→216−x4x2−4=lim⁡x→2(2−x)(2+x)(4+x2)(x−2)(x+2)=lim⁡x→2−1(4+x2) ,\lim_{x \to 2} \frac{16-x^4}{x^2-4} = \lim_{x \to 2} \frac{(2-x)(2+x)(4+x^2)}{(x-2)(x+2)} = \lim_{x \to 2} -1(4+x^2)\,, since 2−xx−2=−1\frac{2-x}{x-2} = -1 for all x≠2x \ne 2. Finally, evaluating the last limit as x→2x \to 2, we see that
lim⁡x→216−x4x2−4=−1(4+22)=−8 .\lim_{x \to 2} \frac{16-x^4}{x^2-4} = -1(4+2^2) = -8\,.
(d) False. In part (a), we saw that f(2)f(2) is not defined. We now know that ff has a limit of −8-8 as xx approaches 22, but it is still the case that f(2)f(2) is undefined.
(e) False. The noted equality only holds for xx-values other than 22or −2-2. We can use this equality when evaluating the limit, since in so doing we never let xx actually equal 22, but only approach 22.
(f) Since f(2)f(2) is not defined but ff has a limit of −8-8 as x→2x \to 2, we see that the graph has a “hole” in it at the point (2,−8)(2,-8), as seen in the following figure.
A plot of the function f(x) = frac 16-x 4 x 2-4 on the interval 1 lt x lt 3. The graph looks like a parabola that is decreasing from the point (1,-5) to (3,-13), except there&#39;s a small open circle at
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.2절 · 9번
# 함수의 극한의 뜻개념 확인자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
496.Active Calculus · 1.2절 · 9번우리말 번역

g(x)=−∣x+3∣x+3g(x) = -\frac{|x+3|}{x+3} 라 하자.

(a) gg 의 정의역은 무엇입니까? (b) a=−3a = -3 근처의 값들로 이루어진 수열을 이용하여 lim⁡x→−3g(x)\lim_{x \to -3} g(x) 의 값을 어림하세요. 극한이 존재한다고 생각하면 그 값을 어림하고, 존재하지 않는다고 생각하면 그 이유를 설명하세요. (c) 대수적 방법을 이용하여 식 ∣x+3∣x+3\frac{|x+3|}{x+3} 을 간단히 하고, 이를 바탕으로 lim⁡x→−3g(x)\lim_{x \to -3} g(x) 가 존재하면 그 값을 정확히 구하고, 존재하지 않으면 풀이가 어떻게 극한이 존재하지 않음을 보여 주는지 설명하세요. 이 결과가 (b)의 결과와 어떻게 비교되는지 논하세요. (힌트: a≥0a \ge 0 일 때마다 ∣a∣=a|a| = a 이지만, a<0a < 0 일 때마다 ∣a∣=−a|a| = -a 입니다.) (d) 참 또는 거짓: g(−3)=−1g(-3) = -1. 그 이유는 무엇입니까? (e) 참 또는 거짓: −∣x+3∣x+3=−1-\frac{|x+3|}{x+3} = -1. 그 이유는 무엇입니까? 이 등식은 함수 gg 에 대한 위의 풀이와 어떻게 연결됩니까? (f) 위의 모든 풀이를 바탕으로, 구간 [−4,−2][-4,-2] 에서 y=g(x)y = g(x) 의 정확하고 이름표가 붙은 그래프를 그리고, lim⁡x→−3g(x)\lim_{x \to -3} g(x) 에 대해 이제 알게 된 것을 설명하는 문장을 한 문장 쓰세요.

영어 원문 보기

Let g(x)=−∣x+3∣x+3g(x) = -\frac{|x+3|}{x+3}.

(a) What is the domain of gg? (b) Use a sequence of values near a=−3a = -3 to estimate the value of lim⁡x→−3g(x)\lim_{x \to -3} g(x), if you think the limit exists. If you think the limit doesn't exist, explain why. (c) Use algebra to simplify the expression ∣x+3∣x+3\frac{|x+3|}{x+3} and hence work to evaluate lim⁡x→−3g(x)\lim_{x \to -3} g(x) exactly, if it exists, or to explain how your work shows the limit fails to exist. Discuss how your findings compare to your results in (b). (Hint: ∣a∣=a|a| = a whenever a≥0a \ge 0, but ∣a∣=−a|a| = -a whenever a<0a < 0.) (d) True or false: g(−3)=−1g(-3) = -1. Why? (e) True or false: −∣x+3∣x+3=−1-\frac{|x+3|}{x+3} = -1. Why? How is this equality connected to your work above with the function gg? (f) Based on all of your work above, construct an accurate, labeled graph of y=g(x)y = g(x) on the interval [−4,−2][-4,-2], and write a sentence that explains what you now know about lim⁡x→−3g(x)\lim_{x \to -3} g(x).

정답·풀이 보기

(a) gg 의 정의역은 x=−3x = -3 을 제외한 모든 실수이다. (b) 스프레드시트를 이용하여 다음 표를 만든다.

xx g(x)g(x)
−2.9-2.9 −1-1
−2.99-2.99 −1-1
−2.999-2.999 −1-1
−3.001-3.001 11
−3.01-3.01 −1-1
−3.1-3.1 −1-1
−3-3 에 오른쪽에서 가까이 가면 함숫값은 11 에 가까워지지만(계속 11 로 일정하지만), −3-3 에 왼쪽에서 가까이 가면 함숫값은 −1-1 에 가까워진다(계속 −1-1 로 일정하다). 따라서 함숫값이 하나의 값에 한없이 가까워지지 않으므로 극한은 존재하지 않는다.
(c) x≥−3x \ge -3 일 때마다 ∣x+3∣=(x+3)|x+3| = (x+3) 이고, x<−3x < -3 일 때마다 ∣x+3∣=−(x+3)|x+3| = -(x+3) 임을 알 수 있다. 그러므로 x>−3x > -3 이면
−∣x+3∣x+3=−x+3x+3=−1-\frac{|x+3|}{x+3} = -\frac{x+3}{x+3} = -1
이고, x<−3x < -3 이면
−∣x+3∣x+3=−−(x+3)x+3=+1 .-\frac{|x+3|}{x+3} = -\frac{-(x+3)}{x+3} = +1\,. 함숫값이 −3-3 의 오른쪽에서는 −1-1 이고 −3-3 의 왼쪽에서는 +1+1 이므로 극한은 존재하지 않는다.
(d) 거짓이다. −3-3 은 gg 의 정의역에 속하지 않으므로 g(−3)g(-3) 은 정의되지 않는다.
(e) 거짓이다. 이 등식은 (c)의 풀이에서 보았듯이 x>−3x > -3 일 때만 성립한다.
(f) xx 가 서로 다른 방향에서 −3-3 에 가까워질 때 gg 가 서로 다른 출력값에 가까워지므로, 다음 그림에서 보듯이 x→−3x \to -3 일 때 gg 의 극한은 존재하지 않는다.
![구간 -4 < x < -2 에서 x = -3 근처의 g(x) = - x+3
원본 교재 풀이(영어)

(a) The domain of gg is all real numbers except x=−3x = -3. (b) Using a spreadsheet, we generate the following table.

xx g(x)g(x)
−2.9-2.9 −1-1
−2.99-2.99 −1-1
−2.999-2.999 −1-1
−3.001-3.001 11
−3.01-3.01 −1-1
−3.1-3.1 −1-1
As we approach −3-3 from the right, the function values approach (stay constant at) 11; but as we approach −3-3 from the left, the function values approach (stay constant at) −1-1. As such, the function values do not get arbitrarily close to a single value, and hence the limit does not exist.
(c) We observe that ∣x+3∣=(x+3)|x+3| = (x+3) whenever x≥−3x \ge -3, and that ∣x+3∣=−(x+3)|x+3| = -(x+3) whenever x<−3x < -3. So, if x>−3x > -3, we see that
−∣x+3∣x+3=−x+3x+3=−1-\frac{|x+3|}{x+3} = -\frac{x+3}{x+3} = -1
whereas if x<−3x < -3, it follows that
−∣x+3∣x+3=−−(x+3)x+3=+1 .-\frac{|x+3|}{x+3} = -\frac{-(x+3)}{x+3} = +1\,. Because the function value is −1-1 to the right of −3-3 and +1+1 to the left of −3-3, it follows that the limit does not exist.
(d) False, since −3-3 does not belong to the domain of gg, g(−3)g(-3) is undefined.
(e) False. This equality is only true when x>−3x > -3, as seen in our work in (c).
(f) Since gg approaches different output values as xx approaches −3-3 from different directions, gg does not have a limit as x→−3x \to -3, as seen in the following figure.
![A plot of g(x) = - frac x+3
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.2절 · 16번
# 함수의 극한의 뜻개념 확인자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
497.Active Calculus · 1.2절 · 10번우리말 번역

다음 각 조건에 대해, 주어진 좌표축 위에 설명한 성질을 갖는 함수의 그래프를 그리세요.

똑같은 빈 좌표축 두 개. 각 좌표축에서 x는 가로로 -3.5부터 3.5까지, y는 세로로 -3.5부터 3.5까지이다. 모눈 한 칸은 각각 가로 0.5, 세로 0.5이다.

(a)의 y=f(x)y = f(x) 와 (b)의 y=g(x)y = g(x) 를 그리기 위한 좌표축.

(a) 다음을 만족시키는 y=f(x)y = f(x)

  • f(−2)=2f(-2) = 2 이고 lim⁡x→−2f(x)=1\lim_{x \to -2} f(x) = 1
  • f(−1)=3f(-1) = 3 이고 lim⁡x→−1f(x)=3\lim_{x \to -1} f(x) = 3
  • f(1)f(1) 은 정의되지 않고 lim⁡x→1f(x)=0\lim_{x \to 1} f(x) = 0
  • f(2)=1f(2) = 1 이고 lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x) 는 존재하지 않는다. (b) 다음을 만족시키는 y=g(x)y = g(x)
  • g(−2)=3g(-2) = 3, g(−1)=−1g(-1) = -1, g(1)=−2g(1) = -2, g(2)=3g(2) = 3
  • x=−2,−1,1x = -2, -1, 1 과 22 에서 gg 는 극한을 갖고, 그 극한은 그 점에서의 함숫값과 같다.
  • g(0)g(0) 은 정의되지 않고 lim⁡x→0g(x)\lim_{x \to 0} g(x) 는 존재하지 않는다.
영어 원문 보기

For each of the following prompts, sketch a graph on the provided axes of a function that has the stated properties.

Two identical sets of blank coordinate axes. On each, x ranges horizontally from -3.5 to 3.5, and y ranges vertically from -3.5 to 3.5. The grid boxes are each 0.5 times 0.5.

Axes for plotting y=f(x)y = f(x) in (a) and y=g(x)y = g(x) in (b).

(a) y=f(x)y = f(x) such that

  • f(−2)=2f(-2) = 2 and lim⁡x→−2f(x)=1\lim_{x \to -2} f(x) = 1
  • f(−1)=3f(-1) = 3 and lim⁡x→−1f(x)=3\lim_{x \to -1} f(x) = 3
  • f(1)f(1) is not defined and lim⁡x→1f(x)=0\lim_{x \to 1} f(x) = 0
  • f(2)=1f(2) = 1 and lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x) does not exist. (b) y=g(x)y = g(x) such that
  • g(−2)=3g(-2) = 3, g(−1)=−1g(-1) = -1, g(1)=−2g(1) = -2, and g(2)=3g(2) = 3
  • At x=−2,−1,1x = -2, -1, 1 and 22, gg has a limit, and its limit equals the value of the function at that point.
  • g(0)g(0) is not defined and lim⁡x→0g(x)\lim_{x \to 0} g(x) does not exist.
정답·풀이 보기

(a) 가능한 그래프의 하나는 다음과 같다. 주어진 조건을 만족시키는 함수 f(x)의 가능한 그래프의 하나. x = -2에서 그래프의 점 (-2,1)에는 작은 빈 원이, (-2,2)에는 작은 색칠한 원이 있어 이를 나타낸다 (b) 가능한 그래프의 하나는 다음과 같다. 주어진 조건을 만족시키는 함수 g(x)의 가능한 그래프의 하나. 특히 그래프는 점 (-2,3), (-1,-1), (1,-2), (2,3)을 지난다. x = 0의 왼쪽에서 그래프는 하나의

원본 교재 풀이(영어)

(a) One possible graph follows. One possible graph of a function f(x) that satisfies the given conditions. At x = -2, the function has a small open circle on the graph at the point (-2,1) and a small filled circle at (-2,2) to indic (b) One possible graph follows. One possible graph of a function g(x) that satisfies the given conditions. In particular, the graph passes through the points (-2,3), (-1,-1), (1,-2), and (2,3). To the left of x = 0, the graph is a l

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.1절 · 1번
# 함수의 극한의 뜻그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
498.Active Calculus · 1.2절 · 11번우리말 번역

번지 점프를 하는 한 사람이 시각 t=0t=0 에 탑에서 뛰어내린다. 시각 tt 초에서 그녀의 높이 ss 피트는 s(t)=100cos⁡(0.75t)⋅e−0.2t+100s(t) = 100\cos(0.75t) \cdot e^{-0.2t}+100 으로 주어진다.

(a) 구간 [1,1+h][1,1+h] 에서 번지 점프를 하는 사람의 평균 속도를 나타내는 식을 쓰세요. (b) 계산 도구를 사용하여 (a)에서 구한 식의 h→0h \to 0 일 때의 극한값을 어림하세요. (c) (b)에서 구한 극한값이 무엇을 뜻하는지 설명하세요. 그 단위는 무엇인지 말하세요.

영어 원문 보기

A bungee jumper dives from a tower at time t=0t=0. Her height ss in feet at time tt in seconds is given by s(t)=100cos⁡(0.75t)⋅e−0.2t+100s(t) = 100\cos(0.75t) \cdot e^{-0.2t}+100.

(a) Write an expression for the average velocity of the bungee jumper on the interval [1,1+h][1,1+h]. (b) Use computing technology to estimate the value of the limit as h→0h \to 0 of the quantity you found in (a). (c) What is the meaning of the value of the limit in (b)? What are its units?

정답·풀이 보기

(a) 평균 속도의 일반적인 공식을 이용하면 다음과 같다. AV[1,1+h]=s(1+h)−s(1)h=(100cos⁡(0.75(1+h))⋅e−0.2(1+h)+100)−(100cos⁡(0.75)⋅e−0.2+100)h=100cos⁡(0.75(1+h))⋅e−0.2(1+h)+100−100cos⁡(0.75)⋅e−0.2−100)h=100cos⁡(0.75(1+h))⋅e−0.2(1+h)−100cos⁡(0.75)⋅e−0.2h\begin{aligned}AV_{[1,1+h]} &= \frac{s(1+h)-s(1)}{h} \\ &= \frac{(100\cos(0.75(1+h)) \cdot e^{-0.2(1+h)}+100) - (100\cos(0.75) \cdot e^{-0.2}+100)}{h} \\ &= \frac{100\cos(0.75(1+h)) \cdot e^{-0.2(1+h)}+100 - 100\cos(0.75) \cdot e^{-0.2}-100)}{h} \\ &= \frac{100\cos(0.75(1+h)) \cdot e^{-0.2(1+h)} - 100\cos(0.75) \cdot e^{-0.2}}{h}\end{aligned} (b) 스프레드시트를 이용하여 식 AV[1,1+h]AV_{[1,1+h]} 에 작은 hh 의 값들을 대입하면 다음과 같다. h=0h=0 근처에서 AV[1,1+h]AV_{[1,1+h]} 의 값

hh AV[1,1+h]AV_{[1,1+h]}
0.10.1 −54.50145823-54.50145823
0.010.01 −53.90917396-53.90917396
0.0010.001 −53.84429251-53.84429251
0.00010.0001 −53.83774757-53.83774757
−0.1-0.1 −53.83629174-53.83629174
−0.01-0.01 −53.82973418-53.82973418
−0.001-0.001 −53.76359015-53.76359015
−0.0001-0.0001 −53.04508149-53.04508149
따라서
lim⁡h→0AV[1,1+h]≈−53.837 .\lim_{h \to 0} AV_{[1, 1+h]} \approx -53.837\,.
(c) lim⁡h→0AV[1,1+h]≈−53.837\lim_{h \to 0} AV_{[1, 1+h]} \approx -53.837 이므로, 이는 t=1t = 1 인 순간 번지 점프를 하는 사람의 순간 속도가 약 −53.837-53.837 ft/sec 임을 뜻한다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the standard formula for average velocity, we see that AV[1,1+h]=s(1+h)−s(1)h=(100cos⁡(0.75(1+h))⋅e−0.2(1+h)+100)−(100cos⁡(0.75)⋅e−0.2+100)h=100cos⁡(0.75(1+h))⋅e−0.2(1+h)+100−100cos⁡(0.75)⋅e−0.2−100)h=100cos⁡(0.75(1+h))⋅e−0.2(1+h)−100cos⁡(0.75)⋅e−0.2h\begin{aligned}AV_{[1,1+h]} &= \frac{s(1+h)-s(1)}{h} \\ &= \frac{(100\cos(0.75(1+h)) \cdot e^{-0.2(1+h)}+100) - (100\cos(0.75) \cdot e^{-0.2}+100)}{h} \\ &= \frac{100\cos(0.75(1+h)) \cdot e^{-0.2(1+h)}+100 - 100\cos(0.75) \cdot e^{-0.2}-100)}{h} \\ &= \frac{100\cos(0.75(1+h)) \cdot e^{-0.2(1+h)} - 100\cos(0.75) \cdot e^{-0.2}}{h}\end{aligned} (b) Using a spreadsheet and small values of hh in the expression AV[1,1+h]AV_{[1,1+h]}, we see that Values of AV[1,1+h]AV_{[1,1+h]} near h=0h=0.

hh AV[1,1+h]AV_{[1,1+h]}
0.10.1 −54.50145823-54.50145823
0.010.01 −53.90917396-53.90917396
0.0010.001 −53.84429251-53.84429251
0.00010.0001 −53.83774757-53.83774757
−0.1-0.1 −53.83629174-53.83629174
−0.01-0.01 −53.82973418-53.82973418
−0.001-0.001 −53.76359015-53.76359015
−0.0001-0.0001 −53.04508149-53.04508149
and hence
lim⁡h→0AV[1,1+h]≈−53.837 .\lim_{h \to 0} AV_{[1, 1+h]} \approx -53.837\,.
(c) Since lim⁡h→0AV[1,1+h]≈−53.837\lim_{h \to 0} AV_{[1, 1+h]} \approx -53.837 this tells us that the instantaneous velocity of the bungee jumper at the moment t=1t = 1 is approximately −53.837-53.837 ft/sec.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.2절 · 10번
# 함수의 극한의 뜻활용자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)