산정동 고2수학과외







오답을 되짚으며 시작하는 ∞-∞ 극한
학생의 풀이 기록에는 “x가 무한히 커지면 두 근호가 모두 ∞이므로 ∞-∞=0”이라고 적혀 있었다. 하지만 ∞는 실수가 아니므로 서로 뺄 수 있는 수가 아니다. 두 항의 차이가 실제로 어떤 값에 가까워지는지는 식의 구조를 변형해 확인해야 한다.
두 큰 근호항의 차이를 유리화하기
다음 극한을 살펴보자.
\[ \lim_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^2+3x}-\sqrt{x^2-x}\right) \]
두 근호의 차이에는 켤레식을 곱한다.
\[ \begin{aligned} &\sqrt{x^2+3x}-\sqrt{x^2-x}\\ &= \frac{(\sqrt{x^2+3x}-\sqrt{x^2-x}) (\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x})} {\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}}\\ &= \frac{(x^2+3x)-(x^2-x)} {\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}}\\ &= \frac{4x}{\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}}. \end{aligned} \]
상쇄 후 남는 차수와 계수 확인
분자에서는 \(x^2\)항이 상쇄되고 \(4x\)만 남는다. 분모의 두 근호에서 \(x\)를 묶으면
\[ \frac{4x}{\sqrt{x^2+3x}+\sqrt{x^2-x}} = \frac{4}{\sqrt{1+\frac3x}+\sqrt{1-\frac1x}}. \]
\(x\to\infty\)일 때 \(\frac3x,\frac1x\to0\)이므로 극한은
\[ \frac{4}{1+1}=2 \]
이다. 따라서 원래 식의 값은 0이 아니라 2이다. 산정동과외에서도 이처럼 ‘무한대끼리 계산’하지 않고, 유리화 뒤 남는 차수와 계수를 확인하는 습관을 우선 점검할 수 있다.
세 근호가 있는 식에서의 선택 기준
근호가 세 항인 경우에는 무조건 한꺼번에 변형하기보다, 차이를 이루는 두 항을 먼저 고른다. 예를 들어 \[ \sqrt{x^2+2x+1}-\sqrt{x^2+1}+\sqrt{x} \] 에서 앞의 두 근호가 서로 가까워지는 구조라면 그 둘을 먼저 켤레식으로 묶는다. 나머지 항까지 임의로 포함하면 상쇄 구조가 흐려질 수 있다.
최종 검증
- 두 근호항은 각각 \(x\to\infty\)에서 무한히 커진다.
- 그러나 \(\infty-\infty\)는 0이 아니라 미정형이다.
- 켤레식을 곱하면 \(x^2\)항이 상쇄되고 실제 차이가 드러난다.
- 계산한 극한은 \(2\)이므로 최초 답 \(0\)은 틀렸다.