문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 함수의 극한과 연속

함수의 연속

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

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 문제CLP-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.

다 풀었으면 정답 확인

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.

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# 함수의 연속계산도전자동 분류

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