문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 함수의 극한과 연속

극한의 성질과 계산

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

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 문제OpenStax 1권 · 2.3절 · 27번우리말 번역

다음 연습문제에서 lim⁡x→6f(x)=4,lim⁡x→6g(x)=9\lim_{x\to 6}f(x)=4,\lim_{x\to 6}g(x)=9, 그리고 lim⁡x→6h(x)=6\lim_{x\to 6}h(x)=6 이라고 가정하세요. 이 세 가지 사실과 극한의 성질을 이용하여 각 극한의 값을 구하세요.

lim⁡x→6(f(x)+13g(x))\lim_{x\to 6}\left(f(x)+\frac{1}{3}g(x)\right)

다 풀었으면 정답 확인

lim⁡x→6(f(x)+13g(x))=lim⁡x→6f(x)+13lim⁡x→6g(x)=7\lim_{x\to 6}\left(f(x)+\frac{1}{3}g(x)\right)=\lim_{x\to 6}f(x)+\frac{1}{3}\lim_{x\to 6}g(x)=7

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