문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

로피탈 정리

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CLP-1 · 3.7절 · 19번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→0sin⁡2xx2\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}의 값을 구하세요.

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Evaluate lim⁡x→0sin⁡2xx2\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}.

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lim⁡x→0sin⁡2x=0\displaystyle \lim_{x \to 0} \sin^2 x = 0이고 lim⁡x→01x2=∞\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{1}{x^2}=\infty이므로 0∞0^\infty 꼴이다. (sin⁡2x\sin^2 x는 양수이므로 거듭제곱근이 정의된다.) 이는 부정형이 아니다: lim⁡x→0sin⁡2xx2=0\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}=0.

원본 교재 풀이(영어)

lim⁡x→0sin⁡2x=0\displaystyle \lim_{x \to 0} \sin^2 x = 0, and lim⁡x→01x2=∞\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{1}{x^2}=\infty, so we have the form 0∞0^\infty. (Note that sin⁡2x\sin^2 x is positive, so our root is defined.) This is not an indeterminate form: lim⁡x→0sin⁡2xx2=0\lim\limits_{x \to 0}\sqrt[x^2]{\sin^2 x}=0.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 3.7절 · 21번우리말 번역

lim⁡x→0+exlog⁡x\displaystyle \lim_{x \to 0^+} e^{x \log x} 의 값을 구하세요.

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  • 풀이 1

y:=exlog⁡x=(ex)log⁡xlim⁡x→0+y=lim⁡x→0+(ex)log⁡x이는 1−∞=11∞ 꼴이고, 1∞ 은 부정형이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.lim⁡x→0+log⁡y=lim⁡x→0+log⁡((ex)log⁡x)=lim⁡x→0+log⁡xlog⁡(ex)=lim⁡x→0+(log⁡x)⋅x이는 부정형 0⋅∞ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.=lim⁡x→0+log⁡x1x⏟num→−∞den→∞=lim⁡x→0+1x−1x2=lim⁡x→0+−x=0이제 처음 함수 y 가 어떻게 되는지 알 수 있다:lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&= e^{x \log x} = (e^x)^{\log x} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} (e^x)^{\log x} \\ \text{이는 $1^{-\infty} = \frac{1}{1^\infty}$ 꼴이고, $1^{\infty}$ 은 부정형이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.} \\ \lim_{x \to 0^+} \log y &=\lim_{x \to 0 ^+} \log\left((e^x)^{\log x} \right) =\lim_{x \to 0 ^+} \log x \log\left(e^x \right)=\lim_{x \to 0 ^+} (\log x)\cdot x \\ \text{이는 부정형 $0 \cdot \infty$ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.} \\ &=\lim_{x \to 0 ^+} \underbrace{\frac{\log x}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num} \to -\infty}{\mathrm{den} \to \infty}} =\lim_{x \to 0 ^+}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0 ^+}-x=0 \\ \text{이제 처음 함수 $y$ 가 어떻게 되는지 알 수 있다:} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} e^{\log y} = e^0=1 \end{aligned}

  • 풀이 2

y:=exlog⁡x=(elog⁡x)x=xxlim⁡x→0+y=lim⁡x→0+xx부정형 00 꼴이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.lim⁡x→0+log⁡y=lim⁡x→0+log⁡(xx)=lim⁡x→0+xlog⁡x이제 부정형 0⋅∞ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+log⁡x1x⏟num→0den→−∞=lim⁡x→0+1x−1x2=lim⁡x→0+−x=0이제 처음 함수 y 가 어떻게 되는지 알 수 있다:lim⁡x→0+y=lim⁡x→0+elog⁡y=e0=1\begin{aligned} y:&=e^{x\log x}=\left(e^{\log x}\right)^x=x^x\\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+}x^x \\ \text{부정형 $0^0$ 꼴이다. 로피탈의 정리를 쓰고 싶지만 다른 부정형으로 바꿔야 한다. 그래서 로그를 이용한다.} \\ \lim_{x \to 0^+}\log y &=\lim_{x \to 0^+}\log(x^x)=\lim_{x \to 0^+}x\log x \\ \text{이제 부정형 $0 \cdot \infty$ 꼴이므로, 로피탈의 정리를 쓰기 전에 마지막으로 한 번 더 고쳐야 한다.} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+}\underbrace{\frac{\log x}{\frac{1}{x}}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to 0}{\mathrm{den} \to -\infty}} =\lim_{x \to 0^+}\frac{\frac{1}{x}}{\frac{-1}{x^2}} =\lim_{x \to 0^+}-x=0 \\ \text{이제 처음 함수 $y$ 가 어떻게 되는지 알 수 있다:} \\ \lim_{x \to 0^+} y &=\lim_{x \to 0^+} e^{\log y} = e^0=1 \end{aligned}

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