






합성함수의 연속성: 안쪽 함수의 값이 겉함수의 정의역에 들어가는가
학생 풀이 기록에는 다음과 같은 문장이 있었다.
“각 함수가 연속이면 합성함수도 정의역 조건 없이 연속이다.”
이 판단은 합성함수의 연속성을 확인할 때 가장 먼저 보완해야 할 부분이다. 겉함수와 안쪽 함수가 각각 연속이어도, 안쪽 함수의 값이 겉함수의 정의역에 들어가지 않으면 합성함수 자체가 정의되지 않을 수 있다.
하나의 식에서 출발하기
다음 함수를 보자.
\(f(t)=\sqrt{t-1}\), \(g(x)=\ln(2-x)\)
합성함수는
\[ (f\circ g)(x)=f(g(x))=\sqrt{\ln(2-x)-1} \]
정의역을 먼저 결정한다
로그가 정의되려면
\[ 2-x>0 \]
또한 제곱근 안이 0 이상이어야 하므로
\[ \ln(2-x)-1\ge 0 \]
따라서
\[ \ln(2-x)\ge1 \quad\Longleftrightarrow\quad 2-x\ge e \quad\Longleftrightarrow\quad x\le2-e \]
결국 합성함수의 정의역은 \((-\infty,2-e]\)이다. 로그함수는 \(x<2\)에서 연속이고, 제곱근함수는 \(t\ge1\)에서 연속이다. 안쪽 함수의 값이 \(t\ge1\)을 만족하는 구간에서만 합성이 가능하므로 \(f\circ g\)는 \((-\infty,2-e]\)에서 연속이다.
두 조건을 한 줄에 섞지 않기
함수별 연속성
안쪽 함수 \(g(x)=\ln(2-x)\)는 \(x<2\)에서 연속이다. 겉함수 \(f(t)=\sqrt{t-1}\)는 \(t\ge1\)에서 연속이다.
합성 가능 조건
하지만 합성함수의 연속성을 말하려면 다음 조건도 필요하다.
\[ g(x)\in\text{정의역}(f) \]
이 문제에서는
\[ \ln(2-x)\ge1 \]
이어야 한다. 단순히 두 함수가 연속이라는 사실만으로 모든 실수에서 합성함수가 연속이라고 할 수 없다.
교정된 판단과 새로운 적용
일반적으로 \(g\)가 \(x=a\)에서 연속이고, \(f\)가 \(g(a)\)에서 연속이며 \(g(a)\)가 \(f\)의 정의역에 속하면 \(f\circ g\)는 \(x=a\)에서 연속이다.
따라서 확인 순서는 다음과 같다.
- 안쪽 함수와 겉함수의 정의역을 각각 확인한다.
- 안쪽 함수의 값이 겉함수의 정의역에 들어가는 조건을 구한다.
- 그 조건을 만족하는 범위에서 합성함수의 연속성을 판단한다.
예를 들어 \(f(t)=\dfrac1{t-3}\), \(g(x)=x^2+3\)이면 두 함수는 각각 연속이지만 \(g(x)\ne3\)인 모든 \(x\)에서만 합성이 가능하다. 실제로 \(x^2+3=3\)인 \(x=0\)에서는 \(f(g(0))\)가 정의되지 않는다.
이처럼 만수지구과외에서 합성함수 문제를 정리할 때도 공식보다 먼저 안쪽 함수의 값과 겉함수의 정의역을 대조해야 한다. 최종 답에는 연속 구간뿐 아니라 합성함수가 정의되는 조건이 함께 포함되어야 한다.