문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

로피탈 정리

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CLP-1 · 3.7절 · 13번대학 수준우리말 번역

극한 lim⁡x→0csc⁡x⋅tan⁡x⋅(x2+5)ex\displaystyle \lim_{x\to0}\dfrac{\csc x\cdot \tan x\cdot (x^2+5)}{e^x} 의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→0csc⁡x⋅tan⁡x⋅(x2+5)ex\displaystyle \lim_{x\to0}\dfrac{\csc x\cdot \tan x\cdot (x^2+5)}{e^x}.

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분모에 x=0x=0 을 대입하면 1이다. 그러나 분자는 부정형이다. tan⁡0=0\tan 0 =0 이지만 lim⁡x→0+csc⁡x=∞\displaystyle \lim_{x \to 0^+}\csc x=\infty 이고 lim⁡x→0−csc⁡x=−∞\displaystyle \lim_{x \to 0^-}\csc x=-\infty 이기 때문이다. csc⁡x=1sin⁡x\csc x = \frac{1}{\sin x} 를 쓰면 주어진 식은 다음과 같이 된다.

lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅exx=0 을 대입하면 분자와 분모가 모두 0이 되므로 로피탈 법칙을 쓸 수 있는 후보이다. 그러나 먼저 삼각함수를 간단히 하는 것이 훨씬 쉬운 방법이다.lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0sin⁡x⋅(x2+5)cos⁡x⋅sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0x2+5cos⁡x⋅ex=02+5cos⁡(0)⋅e0=5\begin{aligned} \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}& \\ \text{$x=0$ 을 대입하면 분자와 분모가 모두 0이 되므로 로피탈 법칙을 쓸 수 있는 후보이다. 그러나 먼저 삼각함수를 간단히 하는 것이 훨씬 쉬운 방법이다.} \\ \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}&= \lim_{x\to0}\frac{\sin x\cdot (x^2+5)}{\cos x \cdot\sin x \cdot e^x}\\&= \lim_{x\to0}\frac{x^2+5}{\cos x \cdot e^x}\\ &=\frac{0^2+5}{\cos(0)\cdot e^0}=5 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If we plug x=0x=0 into the denominator, we get 1. However, the numerator is an indeterminate form: tan⁡0=0\tan 0 =0, while lim⁡x→0+csc⁡x=∞\displaystyle \lim_{x \to 0^+}\csc x=\infty and lim⁡x→0−csc⁡x=−∞\displaystyle \lim_{x \to 0^-}\csc x=-\infty. If we use csc⁡x=1sin⁡x\csc x = \frac{1}{\sin x}, our expression becomes

lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅exSince plugging in x=0 makes both the numerator and the denominator equal to zero, this is a candidate for l’Hoˆspital’s Rule. However, a much easier way is to simplify the trig first.lim⁡x→0tan⁡x⋅(x2+5)sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0sin⁡x⋅(x2+5)cos⁡x⋅sin⁡x⋅ex=lim⁡x→0x2+5cos⁡x⋅ex=02+5cos⁡(0)⋅e0=5\begin{aligned} \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}& \\ \text{Since plugging in $x=0$ makes both the numerator and the denominator equal to zero, this is a candidate for l'H\^ospital's Rule. However, a much easier way is to simplify the trig first.} \\ \lim_{x\to0}\frac{\tan x\cdot (x^2+5)}{\sin x \cdot e^x}&= \lim_{x\to0}\frac{\sin x\cdot (x^2+5)}{\cos x \cdot\sin x \cdot e^x}\\&= \lim_{x\to0}\frac{x^2+5}{\cos x \cdot e^x}\\ &=\frac{0^2+5}{\cos(0)\cdot e^0}=5 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 3.7절 · 12번우리말 번역

극한 lim⁡x→0xsec⁡x\displaystyle \lim_{x \to 0}\dfrac{x}{\sec x} 의 값을 구하세요.

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x=0x=0 을 대입하면 분자는 0이고, 분모는

sec⁡0=1cos⁡0=11=1\sec 0 = \dfrac{1}{\cos 0}=\dfrac{1}{1}=1 이다. 따라서 극한은 01=0\dfrac{0}{1}=0 이다.

주의할 점: 이 분수는 부정형이 아니므로 여기에서는 로피탈 법칙을 쓸 수 없다. 분자와 분모를 각각 미분하면, 극한이 존재하지 않는 식을 얻게 된다.

lim⁡x→01sec⁡xtan⁡x=lim⁡x→0cos⁡x⋅cos⁡xsin⁡x=DNE\displaystyle \lim_{x \to 0}\dfrac{1}{\sec x \tan x}=\displaystyle \lim_{x \to 0}\cos x\cdot \dfrac{\cos x}{\sin x}=DNE.

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