문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

로피탈 정리

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

Active Calculus · 3.2절 · 12번대학 수준우리말 번역

다음 함수의 수직 점근선과 수평 점근선을 모두 구하세요.

R(x)=3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c) ,R(x) = \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)}\,, 여기서 aa, bb, cc 는 서로 다른 임의의 상수이다. 또한 RR 가 연속이 아닌 xx 의 값을 모두 쓰세요. aa, bb, cc 의 값을 분명히 표시하여 RR 의 그래프의 가능한 모양을 그리세요.

영어 원문 보기

Find all vertical and horizontal asymptotes of the function

R(x)=3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c) ,R(x) = \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)}\,, where aa, bb, and cc are distinct, arbitrary constants. In addition, state all values of xx for which RR is not continuous. Sketch a possible graph of RR, clearly labeling the values of aa, bb, and cc.

정답·풀이 보기

먼저, RR 의 분자와 분모가 모두 이차식이므로 x→∞x \to \infty 일 때의 극한은 최고차항의 계수의 비로 구할 수 있다. 즉,

lim⁡x→∞R(x)=35\lim_{x \to \infty} R(x) = \frac{3}{5}

이므로 RR 의 수평 점근선은 y=35y = \frac{3}{5} 이다.

다음으로, bb 와 cc 가 서로 다르므로 x=bx = b 일 때 RR 의 분자는 0이고 (분모는 0이 아니고), 따라서 R(b)=0R(b) = 0 이다. 또한 x=cx = c 일 때 분모는 0이고 (분자는 0이 아니고), 이로 인해 x=cx = c 에 수직 점근선이 생긴다.

마지막으로, x=ax = a 는 분자와 분모를 모두 0으로 만든다. 따라서 R(a)R(a) 는 정의되지 않으므로 RR 의 그래프는 x=ax = a 에서 구멍이 있거나 수직 점근선을 가진다. 어느 쪽인지 판단하기 위해 극한을 계산하면

lim⁡x→a3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c)=lim⁡x→a3(x−b)5(x−c)=3(a−b)5(a−c) .\lim_{x \to a} \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)} = \lim_{x \to a} \frac{3(x-b)}{5(x-c)} = \frac{3(a-b)}{5(a-c)}\,. 이는 RR 가 점 (a,3(a−b)5(a−c))(a, \frac{3(a-b)}{5(a-c)}) 에 구멍을 가짐을 나타낸다. 게다가 RR 는 x=ax = a 와 x=cx = c 에서 연속이 아니다.

RR 의 그래프의 가능한 모양은 다음 그림과 같다.

이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요

원본 교재 풀이(영어)

First, we note that since both the numerator and denominator of RR are quadratic, the limit as x→∞x \to \infty can be found by taking the quotient of the leading coefficients. In particular,

lim⁡x→∞R(x)=35\lim_{x \to \infty} R(x) = \frac{3}{5}

and thus the horizontal asymptote of RR is y=35y = \frac{3}{5}.

Next, since bb and cc are distinct, we see that the numerator of RR is zero (and the denominator is not) when x=bx = b, and thus R(b)=0R(b) = 0. In addition, the denominator is zero (and the numerator is not) when x=cx = c, and this results in there being a vertical asymptote at x=cx = c.

Finally, we observe that x=ax = a makes both the numerator and denominator zero. Since R(a)R(a) is thus not defined, the graph of RR has either a hole or a vertical asymptote at x=ax = a. To determine which, we evaluate the limit and see that

lim⁡x→a3(x−a)(x−b)5(x−a)(x−c)=lim⁡x→a3(x−b)5(x−c)=3(a−b)5(a−c) .\lim_{x \to a} \frac{3(x-a)(x-b)}{5(x-a)(x-c)} = \lim_{x \to a} \frac{3(x-b)}{5(x-c)} = \frac{3(a-b)}{5(a-c)}\,. This tells us that RR has a hole at the point (a,3(a−b)5(a−c))(a, \frac{3(a-b)}{5(a-c)}). Moreover, RR is not continuous at x=ax = a and x=cx = c.

A possible graph of RR is shown in the following figure.

ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE

한 번 더 — 비슷한 문제Active Calculus · 3.2절 · 11번우리말 번역

ff 와 gg 를 미분가능한 함수라 하고, 다음 정보가 알려져 있다고 하자: f(3)=g(3)=0f(3) = g(3) = 0, f′(3)=g′(3)=0f'(3) = g'(3) = 0, f′′(3)=−2f''(3) = -2, g′′(3)=1g''(3) = 1. 새로운 함수 hh 를 h(x)=f(x)g(x)h(x) = \frac{f(x)}{g(x)} 로 정의하자. 같은 좌표축 위에 x=3x = 3 근처에서 ff 와 gg 의 가능한 그래프를 그리고, 주어진 정보를 이용하여 다음 극한의 값을 구하세요.

lim⁡x→3h(x) .\lim_{x \to 3} h(x)\,.

결론을 뒷받침하는 설명을 쓰세요.

다 풀었으면 정답 확인

ff 와 gg 의 가능한 그래프는 아래 그림과 같다. 극한을 구하기 위해 로피탈의 정리를 두 번 적용할 수 있다. f(3)=g(3)=0f(3) = g(3) = 0 이므로 로피탈의 정리에 의해

lim⁡x→3f(x)g(x)=lim⁡x→3f′(x)g′(x) .\lim_{x \to 3} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to 3} \frac{f'(x)}{g'(x)}\,. 이다. f′(3)=g′(3)=0f'(3) = g'(3) = 0 이므로 이 극한도 여전히 부정형이고, 정리를 다시 적용하면

lim⁡x→3f(x)g(x)=lim⁡x→3f′′(x)g′′(x)=f′′(3)g′′(3)=−21 .\lim_{x \to 3} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to 3} \frac{f''(x)}{g''(x)} = \frac{f''(3)}{g''(3)} = \frac{-2}{1}\,. 이다. 따라서 lim⁡x→3h(x)=−2\lim_{x \to 3} h(x) = -2 이다.

이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요.

이 문제로 이어서 풀기
# 로피탈 정리그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

「로피탈 정리」 문제 목록으로