문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분

함수의 그래프 그리기

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

CLP-1 · 3.6절 · 4번우리말 번역

f(x)=x(2x+1)(x−7)3x3−81f(x)=\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81} 의 모든 점근선을 구하세요.

영어 원문 보기

Find all asymptotes of f(x)=x(2x+1)(x−7)3x3−81f(x)=\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81}.

정답·풀이 보기

수직 점근선은 함수가 무한히 커지는 곳에서 생긴다. 유리함수에서는 분모가 0이 될 때에만 이런 일이 일어날 수 있다. 이 문제에서는 x=3x=3 일 때 분모가 0이고, 이때 분자는 147147 이다. 즉 xx 가 3에 한없이 가까워지면 분자는 147에 한없이 가까워지고 분모는 0에 한없이 가까워지므로, ∣f(x)∣|f(x)| 는 한없이 커진다. 따라서 x=3x=3 에서 수직 점근선이 있다.

수평 점근선은 xx 가 양의 무한대와 음의 무한대로 갈 때의 극한을 구하여 찾는다. 이 문제에서는 두 극한이 같으므로 풀이를 하나로 합쳐 쓴다.

lim⁡x→±∞x(2x+1)(x−7)3x3−81=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81여기서 a, b, c 는 어떤 상수이다. 유리함수에서는 최고차항만 보면 양 끝에서의 변화 양상을 알 수 있고 나머지 항은 영향을 주지 않으므로, 그 값을 굳이 구하지 않는다는 점을 기억하자. 이제 분자와 분모를 분모의 최고차항인 x3 으로 나눈다.=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81(1x31x3)=lim⁡x→±∞2+ax+bx2+cx33−81x3=2+0+0+03−0=23\begin{aligned} \lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81} &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81} \\ \text{여기서 $a$, $b$, $c$ 는 어떤 상수이다. 유리함수에서는 최고차항만 보면 양 끝에서의 변화 양상을 알 수 있고 나머지 항은 영향을 주지 않으므로, 그 값을 굳이 구하지 않는다는 점을 기억하자. 이제 분자와 분모를 분모의 최고차항인 $x^3$ 으로 나눈다.} \\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81}\left(\frac{\tfrac{1}{x^3}}{\tfrac{1}{x^3}}\right)\\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2+\tfrac{a}{x}+\tfrac{b}{x^2}+\tfrac{c}{x^3}}{3-\tfrac{81}{x^3}}\\ &=\dfrac{2+0+0+0}{3-0}=\frac{2}{3} \end{aligned}

따라서 x→∞x \to \infty 일 때와 x→−∞x \to -\infty 일 때 모두 수평 점근선 y=23y=\dfrac{2}{3} 가 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Vertical asymptotes occur where the function blows up. In rational functions, this can only happen when the denominator goes to 0. In our case, the denominator is 0 when x=3x=3, and in this case the numerator is 147147. That means that as xx gets closer and closer to 3, the numerator gets closer and closer to 147 while the denominator gets closer and closer to 0, so ∣f(x)∣|f(x)| grows without bound. That is, there is a vertical asymptote at x=3x=3.

The horizontal asymptotes are found by taking the limits as xx goes to infinity and negative infinity. In our case, they are the same, so we condense our work.

lim⁡x→±∞x(2x+1)(x−7)3x3−81=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81where a, b, ad c are some constants. Remember, for rational functions, you can figure out the end behaviour by looking only at the terms with the highest degree–the others won’t matter, so we don’t bother finding them. From here, we divide the numerator and denominator by the highest power of x in the denominator, x3.=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81(1x31x3)=lim⁡x→±∞2+ax+bx2+cx33−81x3=2+0+0+03−0=23\begin{aligned} \lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81} &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81} \\ \text{where $a$, $b$, ad $c$ are some constants. Remember, for rational functions, you can figure out the end behaviour by looking only at the terms with the highest degree--the others won't matter, so we don't bother finding them. From here, we divide the numerator and denominator by the highest power of $x$ in the denominator, $x^3$.} \\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81}\left(\frac{\tfrac{1}{x^3}}{\tfrac{1}{x^3}}\right)\\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2+\tfrac{a}{x}+\tfrac{b}{x^2}+\tfrac{c}{x^3}}{3-\tfrac{81}{x^3}}\\ &=\dfrac{2+0+0+0}{3-0}=\frac{2}{3} \end{aligned}

So there is a horizontal asymptote of y=23y=\dfrac{2}{3} both as x→∞x \to \infty and as x→−∞x \to -\infty.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 3.6절 · 5번우리말 번역

f(x)=103x−7f(x)=10^{3x-7} 의 모든 점근선을 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

f(x)f(x) 는 모든 실수에서 연속이므로 수직 점근선은 없다.

수평 점근선을 구하기 위해 lim⁡x→±∞f(x)\displaystyle \lim_{x \to \pm \infty}f(x) 의 값을 구한다.

lim⁡x→∞103x−7=lim⁡X→∞10X⏟치환 X=3x−7=∞따라서 x→∞ 일 때 수평 점근선은 없다.lim⁡x→−∞103x−7=lim⁡X→−∞10X⏟치환 X=3x−7=lim⁡X′→∞10−X′⏟치환 X′=−X=lim⁡X′→∞110X′=0\begin{aligned} \lim_{x \to \infty}10^{3x-7}&=\underbrace{\lim_{X \to \infty}10^X}_{\text{치환 }X=3x-7}=\infty \\ \text{따라서 $x \to \infty$ 일 때 수평 점근선은 없다.} \\ \lim_{x \to -\infty}10^{3x-7}&=\underbrace{\lim_{X \to -\infty}10^{X}}_{\text{치환 }X=3x-7}\\ &=\underbrace{\lim_{X' \to \infty}10^{-X'}}_{\text{치환 }X'=-X}\\ &=\lim_{X' \to \infty}\frac{1}{10^{X'}}\\ &=0 \end{aligned}

즉, y=0y=0 은 x→−∞x \to -\infty 일 때의 수평 점근선이다.

이 문제로 이어서 풀기
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