작전지구 고2수학과외







분모에 0을 넣는 순간 생긴 오류
작전지구과외 수업에서 다음 정의식을 계산하던 중 풀이가 멈췄다.
문제: 함수 \(f(x)=x^3-2x\)의 \(x=a\)에서의 도함수를 정의로 구하여라.
학생의 첫 줄은 다음과 같았다.
\[ f'(a)=\lim_{h\to0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h} \]
이후 \(h=0\)을 바로 대입하여 분모가 0이므로 계산할 수 없다고 결론 내렸다.
극한 전에는 h가 0이 아니다
극한 기호의 \(h\to0\)은 처음부터 \(h=0\)을 대입한다는 뜻이 아니다. \(h\)가 0에 한없이 가까워지는 동안의 식을 살피는 과정이다. 따라서 먼저 \(h\neq0\)인 상태에서 분자를 전개하고 약분해야 한다.
약분 가능한 구조 만들기
\[ \begin{aligned} f'(a) &=\lim_{h\to0} \frac{(a+h)^3-2(a+h)-(a^3-2a)}{h}\\ &=\lim_{h\to0} \frac{3a^2h+3ah^2+h^3-2h}{h}\\ &=\lim_{h\to0} \left(3a^2+3ah+h^2-2\right) \end{aligned} \]
분자에 \(h\)가 인수로 포함되어 있으므로 \(h\neq0\)인 범위에서 약분할 수 있다. 이제 약분이 끝난 식에 한해서 \(h=0\)에 가까워지는 값을 적용한다.
최종 확인
\[ f'(a)=3a^2-2 \]
따라서 정의로 구한 도함수는 \(f'(x)=3x^2-2\)이다. 핵심은 \(h=0\)을 직접 대입하지 않는 것이 아니라, \(h\)가 포함된 차분몫을 먼저 정리하고 약분한 뒤 극한을 계산하는 데 있다.