문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 함수의 극한과 연속

극한의 성질과 계산

극한의 성질을 쓰고, 0/0 꼴은 인수분해·유리화로 극한값을 구한다

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

4문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 1.4절 · 45번우리말 번역

곡선 y=f(x)y=f(x) 가 아래 그래프에 나타나 있습니다. y=1f(x)y=\dfrac{1}{f(x)} 의 그래프를 그리세요.

그림

영어 원문 보기

The curve y=f(x)y=f(x) is shown in the graph below. Sketch the graph of y=1f(x)y=\dfrac{1}{f(x)}.

figure

정답·풀이 보기

먼저 그래프에서 쉽게 읽을 수 있는 점들을 찍는다. xf(x)1f(x)−3−3−13−20UND−131303131322320UND311\begin{array}{c|c|c} x&f(x)&\frac{1}{f(x)}\\ \hline -3&-3&\frac{-1}{3}\\ -2&0&UND\\ -1&3&\frac{1}{3}\\ 0&3&\frac{1}{3}\\ 1&\frac{3}{2}&\frac{2}{3}\\ 2&0&UND\\ 3&1&1 \end{array} f(x)=0f(x) = 0 일 때 1f(x)\frac{1}{f(x)} 은 정의되지 않음에 주의한다. 따라서 1f(x)\frac{1}{f(x)} 은 x=−2x=-2 와 x=2x=2 에서 정의되지 않는다. xx 가 ±2\pm 2 에 가까울 때 1f(x)\frac{1}{f(x)} 의 변화는 곧 더 자세히 살펴볼 것이다.

위의 점들을 찍으면 다음과 같은 그림이 된다.

그림

xx 가 -1과 0 사이일 때 f(x)f(x) 는 상수이므로 -1과 0 사이에서 1f(x)\frac{1}{f(x)} 도 상수이다. 따라서 그림을 다음과 같이 고친다.

그림

남은 큰 문제는 xx 가 -2와 2에 가까울 때 1f(x)\frac{1}{f(x)} 의 변화이다. 이 문제는 극한으로 답할 수 있다. xx 가 −2-2 에 왼쪽에서 가까워질 때 f(x)f(x) 는 0에 가까워지고 음수이다. 따라서 1f(x)\frac{1}{f(x)} 은 음수이고, 그 크기는 한없이 커진다. 즉 lim⁡x→−2−1f(x)=−∞\displaystyle\lim_{x \rightarrow -2^-}\dfrac{1}{f(x)}=-\infty 이다. 마찬가지로 xx 가 −2-2 에 오른쪽에서 가까워질 때 f(x)f(x) 는 0에 가까워지고 양수이다. 따라서 1f(x)\frac{1}{f(x)} 은 양수이고, 그 크기는 한없이 커진다. 즉 lim⁡x→−2+1f(x)=∞\displaystyle\lim_{x \rightarrow -2^+}\dfrac{1}{f(x)}=\infty 이다. 이러한 변화를 그래프에 더한다.

그림

이제 x=2x=2 에서의 변화를 살펴본다. xx 가 2에 가까워질 때 f(x)f(x) 는 0에 한없이 가까워지고 동시에 양수이므로 lim⁡x→21f(x)=∞\displaystyle\lim_{x \rightarrow 2} \frac{1}{f(x)}=\infty 이다. 이를 그림에 더한다.

그림

이제 남은 빈 곳은 x=0x=0 과 x=1x=1 사이뿐이다. f(x)f(x) 는 0에서 떨어져 있는 매끄러운 곡선이므로 여기에는 적당히 매끄러운 곡선을 그리면 충분하다. (그래프를 그리는 방법은 나중에 더 자세히 다룬다. 이 문제의 목적은 지금까지 배운 극한을 활용하는 것이었다.)

그림

원본 교재 풀이(영어)

We can begin by plotting the points that are easy to read off the diagram. xf(x)1f(x)−3−3−13−20UND−131303131322320UND311\begin{array}{c|c|c} x&f(x)&\frac{1}{f(x)}\\ \hline -3&-3&\frac{-1}{3}\\ -2&0&UND\\ -1&3&\frac{1}{3}\\ 0&3&\frac{1}{3}\\ 1&\frac{3}{2}&\frac{2}{3}\\ 2&0&UND\\ 3&1&1 \end{array} Note that 1f(x)\frac{1}{f(x)} is undefined when f(x)=0f(x) = 0. So 1f(x)\frac{1}{f(x)} is undefined at x=−2x=-2 and x=2x=2. We shall look more closely at the behaviour of 1f(x)\frac{1}{f(x)} for xx near ±2\pm 2 shortly.

Plotting the above points, we get the following picture:

figure

Since f(x)f(x) is constant when xx is between -1 and 0, then also 1f(x)\frac{1}{f(x)} is constant between -1 and 0, so we update our picture:

figure

The big question that remains is the behaviour of 1f(x)\frac{1}{f(x)} when xx is near -2 and 2. We can answer this question with limits. As xx approaches −2-2 from the left, f(x)f(x) gets closer to zero, and is negative. So 1f(x)\frac{1}{f(x)} will be negative, and will increase in magnitude without bound; that is, lim⁡x→−2−1f(x)=−∞\displaystyle\lim_{x \rightarrow -2^-}\dfrac{1}{f(x)}=-\infty. Similarly, as xx approaches −2-2 from the right, f(x)f(x) gets closer to zero, and is positive. So 1f(x)\frac{1}{f(x)} will be positive, and will increase in magnitude without bound; that is, lim⁡x→−2+1f(x)=∞\displaystyle\lim_{x \rightarrow -2^+}\dfrac{1}{f(x)}=\infty. We add this behaviour to our graph:

figure

Now, we consider the behaviour at x=2x=2. Since f(x)f(x) gets closer and closer to 0 AND is positive as xx approaches 2, we conclude lim⁡x→21f(x)=∞\displaystyle\lim_{x \rightarrow 2} \frac{1}{f(x)}=\infty. Adding to our picture:

figure

Now the only remaining blank space is between x=0x=0 and x=1x=1. Since f(x)f(x) is a smooth curve that stays away from 0, we can draw some kind of smooth curve here, and call it good enough. (Later on we'll go into more details about drawing graphs. The purpose of this exercise was to utilize what we've learned about limits.)

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.3절 · 27번
# 극한의 성질과 계산그래프·표 해석도전자동 분류
2.CLP-1 · 1.4절 · 46번우리말 번역

함수 f(x)f(x) 와 g(x)g(x) 의 그래프가 아래 그래프와 같다. 이를 이용하여 f(x)g(x)\dfrac{f(x)}{g(x)} 의 그래프를 그리세요.

그림

그림

영어 원문 보기

The graphs of functions f(x)f(x) and g(x)g(x) are shown in the graphs below. Use these to sketch the graph of f(x)g(x)\dfrac{f(x)}{g(x)}.

figure

figure

정답·풀이 보기

먼저 몇 개의 점을 살펴보자.

xf(x)g(x)f(x)g(x)−3−3−1.52−200UND−131.52−031.5211.5.752200UND31.52\begin{array}{c|c|c|c}x & f(x) & g(x) & \dfrac{f(x)}{g(x)} \\ \hline -3 & -3 & -1.5 & 2 \\ \hline -2 & 0 & 0 & \text{UND} \\ \hline -1 & 3 & 1.5 & 2 \\ \hline -0 & 3 & 1.5 & 2 \\ \hline 1 & 1.5 & .75 & 2 \\ \hline 2 & 0 & 0 & \text{UND} \\ \hline 3 & 1 & .5 & 2\end{array}

0으로 나눌 수 없으므로 x=±2x=\pm2 에서 f(x)g(x)\dfrac{f(x)}{g(x)} 는 정의되지 않는다. 그러나 우리가 점을 찍어 본 나머지 모든 xx 의 값에서는 f(x)f(x) 가 g(x)g(x) 의 2배이므로 f(x)g(x)=2\dfrac{f(x)}{g(x)}=2 이다. 이를 염두에 두면 f(x)f(x) 의 그래프는 2g(x)2g(x) 의 그래프와 정확히 같음을 알 수 있다.

이로부터 아래의 그래프를 얻는다.

그림

참고: f(2)=g(2)=0f(2)=g(2)=0 이므로 f(2)g(2)\dfrac{f(2)}{g(2)} 는 존재하지 않지만 lim⁡x→2f(x)g(x)=2\displaystyle\lim_{x \rightarrow 2}\dfrac{f(x)}{g(x)}=2 이다. x=±2x=\pm 2 에서 "0으로 나누려" 하고 있지만, 이를 수직 점근선으로 해석하면 잘못이다.

원본 교재 풀이(영어)

We can start by examining points.

xf(x)g(x)f(x)g(x)−3−3−1.52−200UND−131.52−031.5211.5.752200UND31.52\begin{array}{c|c|c|c}x & f(x) & g(x) & \dfrac{f(x)}{g(x)} \\ \hline -3 & -3 & -1.5 & 2 \\ \hline -2 & 0 & 0 & \text{UND} \\ \hline -1 & 3 & 1.5 & 2 \\ \hline -0 & 3 & 1.5 & 2 \\ \hline 1 & 1.5 & .75 & 2 \\ \hline 2 & 0 & 0 & \text{UND} \\ \hline 3 & 1 & .5 & 2\end{array}

We cannot divide by zero, so f(x)g(x)\dfrac{f(x)}{g(x)} is not defined when x=±2x=\pm2. But for every other value of xx that we plotted, f(x)f(x) is twice as large as g(x)g(x), f(x)g(x)=2\dfrac{f(x)}{g(x)}=2. With this in mind, we see that the graph of f(x)f(x) is exactly the graph of 2g(x)2g(x).

This gives us the graph below.

figure

Remark: f(2)=g(2)=0f(2)=g(2)=0, so f(2)g(2)\dfrac{f(2)}{g(2)} does not exist, but lim⁡x→2f(x)g(x)=2\displaystyle\lim_{x \rightarrow 2}\dfrac{f(x)}{g(x)}=2. Although we are trying to “divide by zero" at x=±2x=\pm 2, it would be a mistake here to interpret this as a vertical asymptote.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 1.3절 · 2번
# 극한의 성질과 계산그래프·표 해석도전자동 분류
3.CLP-1 · 1.4절 · 49번우리말 번역

다음과 같이 가정하자. f(x)={x2+3,x>00,x=0x2−3,x<0f(x)=\left\{\begin{array}{lcc} x^2+3&,&x>0\\ 0&,&x=0\\ x^2-3&,&x<0 \end{array}\right.

(a) lim⁡x→0−f(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^-} f(x) 의 값을 구하세요. (b) lim⁡x→0+f(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^+} f(x) 의 값을 구하세요. (c) lim⁡x→0f(x)\displaystyle \lim_{x \to 0} f(x) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)={x2+3,x>00,x=0x2−3,x<0f(x)=\left\{\begin{array}{lcc} x^2+3&,&x>0\\ 0&,&x=0\\ x^2-3&,&x<0 \end{array}\right.

(a) Evaluate lim⁡x→0−f(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^-} f(x). (b) Evaluate lim⁡x→0+f(x)\displaystyle \lim_{x \to 0^+} f(x). (c) Evaluate lim⁡x→0f(x)\displaystyle \lim_{x \to 0} f(x).

정답·풀이 보기

(a) 왼쪽에서의 극한을 구할 때에는 0보다 작은 xx 의 값만 고려한다. 이러한 xx 의 값에서 함수는 x2−3x^2-3 이다. 따라서 lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−(x2−3)=−3\displaystyle \lim_{x \to 0^-} f(x)=\displaystyle \lim_{x \to 0^-} (x^2-3)=-3 이다.

(b) 오른쪽에서의 극한을 구할 때에는 0보다 큰 xx 의 값만 고려한다. 이러한 xx 의 값에서 함수는 x2+3x^2+3 이다. 따라서 lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(x2+3)=3\displaystyle \lim_{x \to 0^+} f(x)=\displaystyle \lim_{x \to 0^+} (x^2+3)=3 이다.

(c) 왼쪽 극한과 오른쪽 극한이 일치하지 않으므로 lim⁡x→0f(x)=\displaystyle \lim_{x \to 0} f(x)= 존재하지 않는다.

상황을 더 분명히 하기 위해 y=f(x)y=f(x) 의 그래프를 아래와 같이 그렸다:

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) When we evaluate the limit from the left, we only consider values of xx that are less than zero. For these values of xx, our function is x2−3x^2-3. So, lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−(x2−3)=−3\displaystyle \lim_{x \to 0^-} f(x)=\displaystyle \lim_{x \to 0^-} (x^2-3)=-3.

(b) When we evaluate the limit from the right, we only consider values of xx that are greater than zero. For these values of xx, our function is x2+3x^2+3. So, lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(x2+3)=3\displaystyle \lim_{x \to 0^+} f(x)=\displaystyle \lim_{x \to 0^+} (x^2+3)=3.

(c) Since the limits from the left and right do not agree, lim⁡x→0f(x)=\displaystyle \lim_{x \to 0} f(x)= DNE.

To further clarify the situation, the graph of y=f(x)y=f(x) is sketched below:

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.3절 · 13번
# 극한의 성질과 계산계산도전자동 분류
4.CLP-1 · 1.4절 · 50번우리말 번역

다음과 같이 두자. f(x)={x2+8x+16x2+30x−4,x>−4x3+8x2+16x,x≤−4f(x)=\left\{\begin{array}{lcc} \dfrac{x^2+8x+16}{x^2+30x-4}&,&x>-4\\ &\\ x^3+8x^2+16x&,&x\le-4 \end{array}\right.

(a) lim⁡x→−4−f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^-} f(x) 의 값을 구하세요. (b) lim⁡x→−4+f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^+} f(x) 의 값을 구하세요. (c) lim⁡x→−4f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4} f(x) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)={x2+8x+16x2+30x−4,x>−4x3+8x2+16x,x≤−4f(x)=\left\{\begin{array}{lcc} \dfrac{x^2+8x+16}{x^2+30x-4}&,&x>-4\\ &\\ x^3+8x^2+16x&,&x\le-4 \end{array}\right.

(a) Evaluate lim⁡x→−4−f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^-} f(x). (b) Evaluate lim⁡x→−4+f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^+} f(x). (c) Evaluate lim⁡x→−4f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4} f(x).

정답·풀이 보기

(a) lim⁡x→−4−f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^-}f(x) 의 값을 구할 때는 −4-4 보다 작은 xx 의 값만 생각한다. 이 값들에 대해 f(x)=x3+8x2+16xf(x)=x^3+8x^2+16x 이다. 따라서 lim⁡x→−4−f(x)=lim⁡x→−4−(x3+8x2+16x)=(−4)3+8(−4)2+16(−4)=0\lim_{x \to -4^-}f(x)=\lim_{x \to -4^-} (x^3+8x^2+16x)=(-4)^3+8(-4)^2+16(-4)=0 x3+8x2+16xx^3+8x^2+16x 는 다항식이므로 x=−4x=-4 를 직접 대입하여 극한을 구할 수 있다.

(b) lim⁡x→−4+f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^+}f(x) 의 값을 구할 때는 −4-4 보다 큰 xx 의 값만 생각한다. 이 값들에 대해

f(x)=x2+8x+16x2+30x−4따라서,lim⁡x→−4+f(x)=lim⁡x→−4+x2+8x+16x2+30x−4이 함수는 유리함수이고 x=−4 는 정의역에 속하므로(0으로 나누는 것과 같은 문제가 없으므로) 이번에도 x=−4 를 직접 대입하여 극한을 구할 수 있다:=(−4)2+8(−4)+16(−4)2+30(−4)−4=0−108=0\begin{aligned} f(x)&=\frac{x^2+8x+16}{x^2+30x-4} \\ \text{따라서,} \\ \lim_{x \to -4^+}f(x)&=\lim_{x \to -4^+}\frac{x^2+8x+16}{x^2+30x-4} \\ \text{이 함수는 유리함수이고 $x=-4$ 는 정의역에 속하므로(0으로 나누는 것과 같은 문제가 없으므로) 이번에도 $x=-4$ 를 직접 대입하여 극한을 구할 수 있다:} \\ &=\frac{(-4)^2+8(-4)+16}{(-4)^2+30(-4)-4}=\frac{0}{-108}=0 \end{aligned}

(c) lim⁡x→−4−f(x)=lim⁡x→−4+f(x)=0\displaystyle \lim_{x\to -4^-}f(x)=\displaystyle \lim_{x \to -4^+}f(x)=0 이므로 lim⁡x→−4f(x)=0\displaystyle \lim_{x \to -4}f(x)=0 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) When we evaluate lim⁡x→−4−f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^-}f(x), we only consider values of xx that are less than −4-4. For these values, f(x)=x3+8x2+16xf(x)=x^3+8x^2+16x. So, lim⁡x→−4−f(x)=lim⁡x→−4−(x3+8x2+16x)=(−4)3+8(−4)2+16(−4)=0\lim_{x \to -4^-}f(x)=\lim_{x \to -4^-} (x^3+8x^2+16x)=(-4)^3+8(-4)^2+16(-4)=0 Note that, because x3+8x2+16xx^3+8x^2+16x is a polynomial, we can evaluate the limit by directly substituting in x=−4x=-4.

(b) When we evaluate lim⁡x→−4+f(x)\displaystyle \lim_{x \to -4^+}f(x), we only consider values of xx that are greater than −4-4. For these values,

f(x)=x2+8x+16x2+30x−4So,lim⁡x→−4+f(x)=lim⁡x→−4+x2+8x+16x2+30x−4This is a rational function, and x=−4 is in its domain (we aren’t doing anything suspect, like dividing by 0), so again we can directly substitute x=−4 to evaluate the limit:=(−4)2+8(−4)+16(−4)2+30(−4)−4=0−108=0\begin{aligned} f(x)&=\frac{x^2+8x+16}{x^2+30x-4} \\ \text{So,} \\ \lim_{x \to -4^+}f(x)&=\lim_{x \to -4^+}\frac{x^2+8x+16}{x^2+30x-4} \\ \text{This is a rational function, and $x=-4$ is in its domain (we aren't doing anything suspect, like dividing by 0), so again we can directly substitute $x=-4$ to evaluate the limit:} \\ &=\frac{(-4)^2+8(-4)+16}{(-4)^2+30(-4)-4}=\frac{0}{-108}=0 \end{aligned}

(c) Since lim⁡x→−4−f(x)=lim⁡x→−4+f(x)=0\displaystyle \lim_{x\to -4^-}f(x)=\displaystyle \lim_{x \to -4^+}f(x)=0, we conclude lim⁡x→−4f(x)=0\displaystyle \lim_{x \to -4}f(x)=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 2.3절 · 41번
# 극한의 성질과 계산계산도전자동 분류