개금동 고2수학과외







상한이 0으로 내려가는가부터 확인하기
개금동과외에서 극한의 대소 관계를 다룰 때 학생들이 자주 놓치는 부분은 부등식의 방향보다 상한의 극한입니다. 예를 들어
f(x)=x sin(1/x), L=0 (x≠0)
이라면 진동하는 sin(1/x)의 값은 일정하지 않지만, 앞에 붙은 x가 오차를 줄여 줍니다.
오차를 절댓값으로 바꾸기
극한의 정의에 맞춰 오차를 계산하면
|f(x)-L|=|x sin(1/x)|=|x||sin(1/x)|
이고, 모든 실수 t에 대해 |sin t|≤1이므로
0≤|f(x)-L|≤|x|
가 성립합니다. x→0일 때 |x|→0이므로 샌드위치 정리에 따라
limx→0 x sin(1/x)=0
입니다. 핵심은 sin(1/x)의 극한을 구한 것이 아니라, 오차 전체를 0으로 수렴하는 양수 함수 |x|로 눌렀다는 점입니다.
비슷해 보이는 식에서 판정이 달라지는 이유
상한이 남아 있는 경우
다음 식을 보겠습니다.
g(x)=sin(1/x) (x≠0)
이번에도 |g(x)|≤1이지만, 상한 1은 x→0일 때 0으로 가지 않습니다. 따라서
0≤|g(x)|≤1
만으로는 g(x)→0이라고 결론 내릴 수 없습니다.
실제로 극한이 존재하지 않는지 확인하기
xn=1/(π/2+2πn), yn=1/(3π/2+2πn)으로 두면 두 수열 모두 0으로 수렴하지만,
sin(1/xn)=1, sin(1/yn)=-1
입니다. 같은 x→0에서 함수값이 서로 다른 값으로 접근하므로
limx→0 sin(1/x)는 존재하지 않습니다.
재풀이에서 점검할 기준
진동함수가 포함된 극한에서는 다음 순서로 판단하면 오류를 줄일 수 있습니다.
- |f(x)-L|을 계산한다.
- 진동하는 부분의 절댓값을 1 또는 다른 상수로 제한한다.
- 남은 상한이 x→a에서 0으로 수렴하는지 확인한다.
- 상한이 0이 아니면 샌드위치 정리를 적용하지 않고 수열이나 다른 방법으로 검증한다.
따라서 개금동고3수학과외에서 이 유형을 연습할 때는 부등식을 세우는 것보다 마지막 상한의 극한을 확인하는 습관이 중요합니다.