






합성함수의 연속 구간을 다시 판단하는 법
합성된 연속함수의 성질에서 처음 생긴 오류는 “연속함수끼리 합성하면 언제나 연속이다”라고 판단한 것이었다. 그러나 합성함수는 먼저 안쪽 함수의 치역이 겉함수의 정의역에 들어가는지 확인해야 한다. 이 과정을 주안지구과외 수업에서도 반복해 점검할 수 있다.
하나의 식에서 출발하기
다음 함수를 보자.
\(g(x)=\sqrt{5-x}\), \(f(t)=\ln(t-1)\)
합성함수는
\[ (f\circ g)(x)=\ln(\sqrt{5-x}-1) \]
이다. \(g(x)\)가 정의되려면 \(5-x\ge 0\), 즉 \(x\le 5\)여야 한다. 하지만 로그의 진자값은 양수여야 하므로
\[ \sqrt{5-x}-1>0 \]
이어야 한다. 따라서 \(\sqrt{5-x}>1\), \(5-x>1\)이므로 \(x<4\)이다.
연속 구간의 결정
결국 합성함수의 정의역은 \((-\infty,4)\)이고, 이 구간에서 제곱근 함수와 로그 함수의 조건이 모두 만족된다. 따라서 \(f\circ g\)는 \((-\infty,4)\)에서 연속이다.
\(x=4\)에서는 로그의 진자값이 \(0\)이 되어 함수가 정의되지 않는다. 그러므로 \(x=4\)에서 연속성을 논할 수 없다.
안쪽 함수의 치역을 먼저 확인하기
겉함수 \(f(t)=\ln(t-1)\)의 정의역은 \(t>1\)이다. 안쪽 함수 \(g(x)=\sqrt{5-x}\)의 치역 전체가 이 조건을 만족하는 것은 아니다. \(x=5\)일 때 \(g(5)=0\)이므로 겉함수에 대입할 수 없다.
따라서 “각 함수가 연속이므로 합성함수도 모든 실수에서 연속”이라는 결론은 틀렸다. 정확한 판단은 다음 순서로 이루어진다.
- 안쪽 함수의 정의 조건을 구한다.
- 안쪽 함수의 값이 겉함수의 정의역에 들어가는지 확인한다.
- 두 조건을 동시에 만족하는 구간에서 연속성을 판단한다.
비교 예시
\[ h(x)=\sqrt{\ln(x+2)} \]
로그 조건에서 \(x+2>0\)이고, 제곱근 조건에서 \(\ln(x+2)\ge0\)이어야 한다. 후자의 조건은 \(x+2\ge1\), 즉 \(x\ge-1\)이다. 따라서 \(h(x)\)는 \([-1,\infty)\)에서 연속이다.
여기서 \(x=-1\)에서는 \(\ln 1=0\)이므로 함수가 정의되며, 끝점에서의 연속도 성립한다.
최종 검증 기록
새 문제에서 먼저 확인할 질문은 “두 함수가 연속인가?”가 아니라 “합성된 식이 어디에서 정의되는가?”이다. 특히 루트와 로그가 함께 있으면 각 조건을 따로 구한 뒤 교집합을 취해야 한다.
| 확인 항목 | 판단 |
|---|---|
| \(\sqrt{5-x}\) | \(x\le5\) |
| \(\ln(\sqrt{5-x}-1)\) | \(\sqrt{5-x}-1>0\) |
| 최종 정의역 | \(x<4\) |
| 연속성 | \((-\infty,4)\)에서 연속 |
정답률보다 중요한 것은 정의역을 먼저 확인하는 습관이다. 이 습관이 남아 있으면 식의 구간이 바뀌거나 새로운 루트·로그 합성 문제가 나와도 같은 방식으로 판단할 수 있다.