문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다변수 미분

다변수함수의 극한과 연속

여러 경로로 다가가 극한의 존재를 판단하고 연속성을 확인한다

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

1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-3 · 2.1절 · 11번대학 수준우리말 번역

다음 극한을 구하거나, 존재하지 않는 이유를 설명하세요.

(a) lim⁡(x,y)→(0,0)xyx2+y2\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{x^2+y^2} (b) lim⁡(x,y)→(0,0)sin⁡(xy)x2+y2\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{\sin(xy)}{x^2+y^2} (c) lim⁡(x,y)→(−1,1)x2+2xy2+y41+y4\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\frac{x^2+2xy^2+y^4}{1+y^4} (d) lim⁡(x,y)→(0,0)∣y∣x\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}|y|^x

영어 원문 보기

Compute the following limits or explain why they do not exist.

(a) lim⁡(x,y)→(0,0)xyx2+y2\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{x^2+y^2} (b) lim⁡(x,y)→(0,0)sin⁡(xy)x2+y2\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{\sin(xy)}{x^2+y^2} (c) lim⁡(x,y)→(−1,1)x2+2xy2+y41+y4\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\frac{x^2+2xy^2+y^4}{1+y^4} (d) lim⁡(x,y)→(0,0)∣y∣x\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}|y|^x

정답·풀이 보기

(a) 극좌표에서

xyx2+y2=r2cos⁡θsin⁡θr2=cos⁡θsin⁡θ\frac{xy}{x^2+y^2}=\frac{r^2\cos\theta\sin\theta}{r^2} =\cos\theta\sin\theta

이므로 극한은 존재하지 않는다. 예를 들어,

  • (x,y)(x,y) 를 양의 xx 축을 따라 (0,0)(0,0) 으로 보내면 θ=0\theta=0 이므로 극한 sin⁡θcos⁡θ∣θ=0=0\sin\theta\cos\theta\big|_{\theta=0}=0 을 얻고,
  • 제1사분면에서 직선 y=xy=x 를 따라 (x,y)(x,y) 를 (0,0)(0,0) 으로 보내면 θ=π4\theta=\frac{\pi}{4} 이므로 극한 sin⁡θcos⁡θ∣θ=π/4=12\sin\theta\cos\theta\big|_{\theta=\pi/4}=\frac{1}{2} 을 얻는다.

(b) 이 극한이 존재한다고 하면 극한

lim⁡(x,y)→(0,0)xyx2+y2=lim⁡(x,y)→(0,0)xysin⁡(xy) sin⁡(xy)x2+y2=lim⁡(x,y)→(0,0)xysin⁡(xy) lim⁡(x,y)→(0,0)sin⁡(xy)x2+y2\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{x^2+y^2} =\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{\sin(xy)}\ \frac{\sin(xy)}{x^2+y^2} =\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{\sin(xy)}\ \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{\sin(xy)}{x^2+y^2}

도 존재해야 하므로 이 극한은 존재하지 않는다. (lim⁡t→0sin⁡tt=1\displaystyle \lim_{t\rightarrow 0}\tfrac{\sin t}{t} =1 임을 떠올리세요.)

(c)

lim⁡(x,y)→(−1,1)[x2+2xy2+y4]=(−1)2+2(−1)(1)2+(1)4=0lim⁡(x,y)→(−1,1)[1+y4]=1+(1)4=2\begin{aligned} \lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\big[x^2+2xy^2+y^4\big] &=(-1)^2+2(-1)(1)^2+(1)^4=0 \\ \lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\big[1+y^4\big] &=1+(1)^4=2 \end{aligned}

이고 두 번째 극한이 0이 아니므로

lim⁡(x,y)→(−1,1)x2+2xy2+y41+y4=02=0\lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\frac{x^2+2xy^2+y^4}{1+y^4}=\frac{0}{2}=0

이다.

(d) 양의 xx 축을 따른 극한

lim⁡t→0t>0∣y∣x∣(x,y)=(t,0)=lim⁡t→0t>00t=lim⁡t→0t>00=0\lim_{\genfrac{}{}{0pt}{}{t\rightarrow 0}{t>0}}|y|^x\Big|_{(x,y)=(t,0)} =\lim_{\genfrac{}{}{0pt}{}{t\rightarrow 0}{t>0}}0^t =\lim_{\genfrac{}{}{0pt}{}{t\rightarrow 0}{t>0}}0 =0

과 yy 축을 따른 극한

lim⁡t→0∣y∣x∣(x,y)=(0,t)=lim⁡t→0∣t∣0=lim⁡t→01=1\lim_{t\rightarrow 0}|y|^x\Big|_{(x,y)=(0,t)} =\lim_{t\rightarrow 0}|t|^0 =\lim_{t\rightarrow 0}1 =1

이 서로 다르므로 (x,y)→0(x,y)\rightarrow 0 일 때의 극한은 존재하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since, in polar coordinates,

xyx2+y2=r2cos⁡θsin⁡θr2=cos⁡θsin⁡θ\frac{xy}{x^2+y^2}=\frac{r^2\cos\theta\sin\theta}{r^2} =\cos\theta\sin\theta

we have that the limit does not exist. For example,

  • if we send (x,y)(x,y) to (0,0)(0,0) along the positive xx-axis, so that θ=0\theta=0, we get the limit sin⁡θcos⁡θ∣θ=0=0\sin\theta\cos\theta\big|_{\theta=0}=0,
  • while if we send (x,y)(x,y) to (0,0)(0,0) along the line y=xy=x in the first quadrant, so that θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, we get the limit sin⁡θcos⁡θ∣θ=π/4=12\sin\theta\cos\theta\big|_{\theta=\pi/4}=\frac{1}{2}.

(b) This limit does not exist, since if it were to exist the limit

lim⁡(x,y)→(0,0)xyx2+y2=lim⁡(x,y)→(0,0)xysin⁡(xy) sin⁡(xy)x2+y2=lim⁡(x,y)→(0,0)xysin⁡(xy) lim⁡(x,y)→(0,0)sin⁡(xy)x2+y2\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{x^2+y^2} =\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{\sin(xy)}\ \frac{\sin(xy)}{x^2+y^2} =\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{xy}{\sin(xy)}\ \lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{\sin(xy)}{x^2+y^2}

would also exist. (Recall that lim⁡t→0sin⁡tt=1\displaystyle \lim_{t\rightarrow 0}\tfrac{\sin t}{t} =1.)

(c) Since

lim⁡(x,y)→(−1,1)[x2+2xy2+y4]=(−1)2+2(−1)(1)2+(1)4=0lim⁡(x,y)→(−1,1)[1+y4]=1+(1)4=2\begin{aligned} \lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\big[x^2+2xy^2+y^4\big] &=(-1)^2+2(-1)(1)^2+(1)^4=0 \\ \lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\big[1+y^4\big] &=1+(1)^4=2 \end{aligned}

and the second limit is nonzero,

lim⁡(x,y)→(−1,1)x2+2xy2+y41+y4=02=0\lim_{(x,y)\rightarrow(-1,1)}\frac{x^2+2xy^2+y^4}{1+y^4}=\frac{0}{2}=0

(d) Since the limit along the positive xx-axis

lim⁡t→0t>0∣y∣x∣(x,y)=(t,0)=lim⁡t→0t>00t=lim⁡t→0t>00=0\lim_{\genfrac{}{}{0pt}{}{t\rightarrow 0}{t>0}}|y|^x\Big|_{(x,y)=(t,0)} =\lim_{\genfrac{}{}{0pt}{}{t\rightarrow 0}{t>0}}0^t =\lim_{\genfrac{}{}{0pt}{}{t\rightarrow 0}{t>0}}0 =0

and the limit along the yy-axis

lim⁡t→0∣y∣x∣(x,y)=(0,t)=lim⁡t→0∣t∣0=lim⁡t→01=1\lim_{t\rightarrow 0}|y|^x\Big|_{(x,y)=(0,t)} =\lim_{t\rightarrow 0}|t|^0 =\lim_{t\rightarrow 0}1 =1

are different, the limit as (x,y)→0(x,y)\rightarrow 0 does not exist.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 12.2절 · 1번
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