논현지구 고2수학과외







진동하는데도 극한은 0일까?
학생 풀이 기록에는 다음과 같이 적혀 있었다.
“sin(1/x)는 x가 0에 가까워져도 계속 진동한다. 따라서 xsin(1/x)의 극한도 존재하지 않는다.”
오류는 sin(1/x)의 움직임만 보고 전체 식의 크기를 비교하지 않은 데서 시작된다. 논현지구과외에서 이 유형을 다룰 때는 먼저 진동함수의 범위를 고정하는 습관이 중요하다.
하나의 범위에서 출발하기
모든 실수 t에 대해
-1 ≤ sin t ≤ 1
이므로 x가 양수일 때는
-x ≤ xsin(1/x) ≤ x
가 성립한다. x가 음수인 경우까지 한 번에 다루려면 절댓값을 사용하여
|xsin(1/x)| ≤ |x|
라고 쓸 수 있다.
계수가 진동을 눌러 주는 과정
x가 0으로 가까워지면 |x|도 0으로 가까워진다. 따라서
-|x| ≤ xsin(1/x) ≤ |x|
에서 양쪽 끝값이 모두 0으로 수렴한다. 대소 관계의 정리에 따라
limx→0 xsin(1/x) = 0
이다.
처음 판단과 교정된 판단
| 판단 | 문제점 |
|---|---|
| sin(1/x)가 수렴하지 않으므로 전체도 수렴하지 않는다. | 진동함수에 곱해진 x의 크기를 확인하지 않았다. |
| |xsin(1/x)|≤|x|를 이용한다. | 전체 식이 0 주변에 갇히는지 확인한 올바른 접근이다. |
비슷한 식에 적용하기
다음 식도 같은 방식으로 판단할 수 있다.
limn→∞ ((-1)n/n)
여기서 (-1)n은 계속 1과 -1을 오가지만
-1/n ≤ (-1)n/n ≤ 1/n
이고 양쪽이 모두 0으로 수렴한다. 그러므로 극한은 0이다.
반대로 계수가 줄어들지 않는 sin(1/x) 자체나 (-1)n 자체는 진동을 억제할 요소가 없으므로 같은 결론을 내릴 수 없다. 핵심은 진동 여부가 아니라 진동하는 항의 크기를 0으로 몰아가는 계수가 있는지 확인하는 것이다.