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함수의 극한, 좌우극한이 다르면 왜 존재하지 않을까?

온천동과외에서 함수의 극한을 지도할 때 자주 확인하는 부분은 경계점에서 왼쪽과 오른쪽의 값을 따로 살피는 습관입니다. 한쪽 계산만 맞았다고 해서 전체 극한이 정해지는 것은 아닙니다.

표에서 드러나는 경계점의 차이

x가 1보다 작을 때 x가 1보다 클 때
f(x)=x+2 f(x)=4-x

다음 조각함수를 보자.

f(x)=x+2 (x<1), 4-x (x>1)

왼쪽에서 다가가는 값

x가 1보다 작은 상태에서 1에 가까워지면 f(x)=x+2를 사용한다.

limx→1⁻ f(x)=1+2=3

오른쪽에서 다가가는 값

x가 1보다 큰 상태에서 1에 가까워지면 f(x)=4-x를 사용한다.

limx→1⁺ f(x)=4-1=3

두 값이 모두 3이므로 좌우극한이 일치한다. 따라서

limx→1 f(x)=3

같은 방식으로 보이면 안 되는 반례

이번에는

g(x)=x+2 (x<1), 5-x (x>1)

일 때를 확인한다.

  • limx→1⁻ g(x)=1+2=3
  • limx→1⁺ g(x)=5-1=4

왼쪽극한은 3, 오른쪽극한은 4로 서로 다르다. 그러므로 limx→1 g(x)는 존재하지 않는다.

오답이 생기는 지점

오른쪽 식만 계산해 4를 얻은 뒤 전체 극한이 4라고 결론 내리면 안 된다. 전체 극한은 좌우극한이 모두 존재하고 그 값까지 같을 때만 정할 수 있다.

최종 점검

경계점에서 조각함수를 만났다면 다음 순서로 확인한다.

  1. x가 경계점의 왼쪽에서 다가갈 때의 식을 계산한다.
  2. x가 오른쪽에서 다가갈 때의 식을 계산한다.
  3. 두 결과가 같은지 비교한다.
  4. 같으면 전체 극한을 그 값으로 정하고, 다르면 극한이 존재하지 않는다고 판단한다.

부산고3수학과외에서도 이 비교 과정을 생략하지 않도록 표나 간단한 수직선 그림으로 좌우 방향을 먼저 표시하면 실수를 줄일 수 있다.

온천동 고2수학과외 학부모 후기

학교 보충수업을 다녀온 날, 책상 주변을 치우다가 아이가 풀어 둔 문제를 다시 보고 있더라고요. 답을 맞혔는지부터 볼 줄 알았는데 단위와 범위를 먼저 살피는 모습이 눈에 띄었어요. 온천동 수학과외 이야기를 나누던 때에도 이런 장면이 있었는지 떠올려 보게 됐습니다. 생각해 보니 전에는 복습할 때 그날 배운 내용을 처음부터 끝까지 훑는 식이었어요. 무엇을 다시 볼지 스스로 정하기보다는 수업에서 다룬 부분을 그대로 따라갔거든요. 그런데 이번에는 답을 적은 뒤 문제에서 요구한 조건이나 범위가 빠졌는지 따로 확인하고 있었습니다. 주말에 단어장을 펼쳤을 때도 비슷한 확인 방식이 보이더라고요. 답 뒤에 범위나 조건이 빠졌는지 살펴본 다음, 다시 본 부분이 한눈에 드러나도록 정리해 두었더라고요. 단순히 답만 확인한 게 아니라 문제에서 요구한 내용을 먼저 짚은 흔적이 남아 있었어요.

★★★★★학부모 후기

모의고사 성적표를 받아온 날, 책상 한쪽에서 아이가 문제 조건을 짧게 바꿔 적어 둔 메모를 발견했어요. 긴 문장을 그대로 옮긴 게 아니라, 식 옆에 필요한 내용만 몇 단어로 나눠 놓았더라고요. 온천동 수학과외를 찾아보며 이런저런 이야기를 나눴던 때라서인지, 그 메모가 더 눈에 띄었습니다. 예전에는 공부가 끝나면 앞부분을 다시 꺼내 보는 일이 거의 없었거든요. 그런데 이번에는 조건을 읽고 바로 식으로 넘어가지 않고, 실제로 써야 할 내용만 옆에 붙여 두고 있었습니다. 예전 모습과 비교하면 문제를 보는 순서가 달라진 셈이었어요. 시험 전 마지막 복습을 하던 저녁에는 긴 조건을 다시 줄여 적은 뒤, 헷갈릴 만한 확인 내용은 식 주변에 섞지 않고 따로 남겨 두었어요. 마지막에 펼쳐 본 종이에는 필요한 조건과 다시 볼 부분이 구분되어 있었습니다.

★★★★☆학부모 후기

다른 유형의 독해 문제를 풀 때 아이가 숫자부터 훑지 않고 조건이 적힌 문장으로 눈을 돌리더라고요. 한 번 더 확인할 부분도 그냥 넘기지 않고 문제 옆에 따로 표시해 두었어요. 예예전에는 무엇이 달라졌는지 살피기보다 답이 맞는지만 바로 확인하던 모습이라 조금 새롭게 보였어요. 수행평가를 준비하던 밤에도 비슷한 장면을 봤습니다. 제가 묻지도 않았는데 문제를 처음부터 다시 읽으면서 수치보다 조건 문장에 먼저 표시하고 있더라고요. 온천동 수학과외를 찾아보며 기대했던 건 풀이 결과였는데, 그날에는 답을 보기 전에 어떤 문장을 다시 볼지 정해 두는 모습이 더 눈에 띄었어요.

★★★★★학부모 후기

수업이 끝나면 아이가 오늘 어떤 문제를 풀었고 어디에서 막혔는지 먼저 이야기해 주는 일이 온천동 과외를 시작한 뒤 부쩍 늘었습니다. 예전에는 어려운 문제 하나에 붙잡혀 숙제를 거의 다 하고도 계획이 밀렸는데, 선생님이 정답보다 풀이 과정을 말하게 하고 막힌 부분을 차분히 확인해 주셨습니다. 요즘은 공부할 분량을 스스로 살피고 시작하는 모습이 보여 성적보다 반갑게 느껴졌습니다.

★★★★★학부모 후기

온천동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 숙제를 끝내는 것만으로도 벅찼는데, 요즘은 수업을 마친 뒤 남은 문제를 스스로 다시 살펴봅니다. 선생님께서 답을 바로 알려주기보다 풀이 과정을 편하게 말하도록 기다려 주셔서 막힌 부분도 자연스럽게 질문하게 됐습니다. - 학생 ponder

★★★★★학부모 후기

온천동에서 수학 과외를 시작한 뒤 수업이 끝난 직후 아이가 오늘 할 분량을 스스로 정리하는 모습이 눈에 들어왔습니다. 숙제를 거의 마치고 한 문제를 남겼을 때도 선생님은 정답을 바로 알려주기보다 풀이 과정을 말해 보게 하며 막힌 부분을 차분히 살펴주셨습니다. 시험기간에도 무리하게 몰아붙이지 않고 이해한 정도에 맞춰 복습을 이어가니, 책상에 앉는 아이의 표정과 공부를 대하는 태도가 한결 편안해졌습니다.

★★★★★학부모 후기