은 몇 개의 근을 가지는지 구하세요.
영어 원문 보기
How many roots does have?
정답·풀이 보기
방정식 의 해의 개수를 구해야 한다. 아래 그림에는 과 의 그래프가 있다. 의 해는 바로 과 가 만나는 점의 값이다.

그림을 보면 두 그래프는 두 번 만나는 것처럼 보인다. 함수 의 치역이 이므로, 두 함수가 만난다면 이기도 하다. 이차함수에서 이 부분은 그림에서 파란색으로 표시되어 있다. 파란 호의 양 끝점의 좌표는 을 풀어 구한다. 즉 , , 그리고 (이차방정식을 이용하면) 이다.
이제 위 그림으로 얻은 직관을 활용하여, 가 근을 정확히 두 개 가짐을 보이는 간결한 논증을 쓸 수 있다. 일반적으로 함수가 개의 근을 가짐을 보이려면, 서로 다른 개의 근이 어딘가에 존재함을 보이고, 서로 다른 개의 근은 존재하지 않음을 보여야 함을 기억하자. 이 논증은 아래 파란 글씨로 주어진다.
- 는 모든 실수에서 연속이다.
- 인 경우는 일 때뿐이고, 이는 일 때만 일어난다. 따라서 의 근은 구간 와 에만 있다.
- 이고, 이다. 따라서 사잇값 정리에 의해 어떤 에 대해 이다.
- 이고, 이다. 따라서 사잇값 정리에 의해 어떤 에 대해 이다.
- 이다. 이면 이므로 이다. 따라서 의 근을 포함할 수 있는 구간은 뿐이다.
- 가 두 개보다 많은 근을 가진다고 가정하자. 그러면 구간 에 근이 두 개 있거나 또는 구간 에 근이 두 개 있다. 는 모든 실수에서 미분가능하므로, 롤의 정리에 의해 는 또는 에서 근을 가진다. 그러나 의 모든 근은 구간 안에 있고, 이 구간은 및 와 공통인 점이 없으므로 이는 불가능하다. 따라서 는 두 개보다 많은 근을 가지지 않는다.

- 는 적어도 두 개의 근을 가지고 두 개보다 많은 근은 가지지 않으므로, 는 근을 정확히 두 개 가진다.
원본 교재 풀이(영어)
We are asked to find the number of solutions to the equation . The figure below contains the graphs of and . The solutions to are precisely the 's where and cross.

From the figure, it sure looks like there are two crossings. Since the function has range , if the two functions cross, then also . This portion of the quadratic function is highlighted in blue in the figure. The coordinates of the end points of the blue arcs are found by solving , i.e. , , and (using the quadratic equation) .
We are now in a position to exploit the intuition that we have built using the above figure to write a concise argument showing that has exactly two roots. Remember that, in general, if we want to show that a function has roots, we need to show that there exist distinct roots somewhere, and that there do not exist distinct roots. This argument is given below, in blue text.
- is continuous over all real numbers
- only when , which only happens when . Thus, only has roots in the intervals and .
- , and . So, by the IVT, for some .
- , and . So, by the IVT, for some .
- . If , then , so . So, the only interval that can contain roots of is .
- Suppose has more than two roots. Then it has two roots in the interval OR it has two roots in the interval . Since is differentiable for all real numbers, Rolle's Theorem tells us that has a root in or in . However, since all roots of are in the interval , and this interval shares no points with or , this cannot be the case. Therefore does not have more than two roots.

- Since has at least two roots, and not more than two roots, has exactly two roots.
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 2.13절 · 8번우리말 번역
이라 하자. 인 실수 가 존재함을 보이세요.
다 풀었으면 정답 확인
임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 이 존재함을 얻는다.