고2 2학기함수의 극한난이도 중객관식·단답형

함수의 극한 — 다항함수의 극한값 구하기

극한의 뜻부터 시작해, 다항함수는 왜 대입만 하면 되는지, 곱으로 주어진 식과 극한값 조건으로 미지수를 구하는 문제까지 한 편에서 차례로 익힙니다.

· 수정 2026. 10. 28.

핵심 개념

1. 극한값이란?

함수 f(x)f(x)에서 xx의 값이 aa가 아니면서 aa에 한없이 가까워질 때, f(x)f(x)의 값이 어떤 일정한 값 LL에 한없이 가까워지면, x=ax=a에서 f(x)f(x)는 LL에 수렴한다고 하고 다음과 같이 나타낸다.

limx→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L

이때 LL을 x=ax=a에서의 f(x)f(x)의 극한값이라고 한다.

직접 확인해 보자. f(x)=x2−4x+6f(x)=x^2-4x+6에서 xx를 33에 가까이 보내면 다음과 같다.

xxf(x)f(x)
2.92.92.812.81
2.992.992.98012.9801
2.9992.9992.9980012.998001
33??
3.0013.0013.0020013.002001
3.013.013.02013.0201
3.13.13.213.21

왼쪽에서 다가가도, 오른쪽에서 다가가도 f(x)f(x)는 33에 한없이 가까워진다. 그래서 limx→3f(x)=3\displaystyle\lim_{x\to3}f(x)=3이다.

쉽게 말하면 — xx를 aa 근처의 값으로 바꿔 가며 넣어 봤을 때, f(x)f(x)의 계산 결과가 어떤 한 값 주변에 계속 모이면 그 값이 극한값입니다. xx에 aa를 직접 넣는 것이 아니라, aa 근처에서 f(x)f(x)가 “어디로 향하고 있는지”를 보는 것입니다.

2. 극한값과 함숫값은 다를 수 있다

극한의 뜻에는 “xx가 aa가 아니면서”라는 단서가 붙어 있다. 즉 극한값은 x=ax=a 한 점의 값을 빼고 그 주변에서 f(x)f(x)가 모이는 곳만 본다. 반면 함숫값 f(a)f(a)는 x=ax=a 한 점에서의 값이다.

limx→af(x) 와 f(a) 는 서로 다른 값일 수 있다\lim_{x \to a} f(x) \ \text{와} \ f(a) \ \text{는 서로 다른 값일 수 있다}

쉽게 말하면 — 극한값은 “가는 길에 보이는 높이”, 함숫값은 “도착한 그 지점에 실제로 찍혀 있는 값”입니다. 도착 지점에만 다른 표지판이 세워져 있어도, 가는 길의 풍경은 바뀌지 않습니다.

그러면 언제 두 값이 같을까? 다음 3번이 그 답이다.

3. 다항함수는 그냥 대입한다

xx의 값이 aa에 가까워지면 xx 자체는 aa에 가까워진다. 이 사실과 극한의 성질(합·상수배·곱)을 이용하면 다음을 얻는다.

limx→ac=c (c는 상수),limx→ax=a,limx→ax2=limx→a(x⋅x)=a⋅a=a2\lim_{x\to a}c=c \ (c\text{는 상수}), \qquad \lim_{x\to a}x=a, \qquad \lim_{x\to a}x^2=\lim_{x\to a}(x\cdot x)=a\cdot a=a^2

같은 방식으로 limx→ax3=a3\displaystyle\lim_{x\to a}x^3=a^3, limx→ax4=a4\displaystyle\lim_{x\to a}x^4=a^4이다. 따라서 다항식은 항별로 나누어 계산할 수 있고, 결과는 xx 자리에 aa를 넣은 값과 같다.

limx→a(px3+qx2+rx+s)=pa3+qa2+ra+s=f(a)\lim_{x \to a}(px^3+qx^2+rx+s)=pa^3+qa^2+ra+s=f(a)

차수가 11이든 44이든 마찬가지이다. 정리하면 다음과 같다.

f(x)가 다항함수 ⟹ limx→af(x)=f(a)f(x)\text{가 다항함수} \ \Longrightarrow\ \lim_{x\to a}f(x)=f(a)
x→a−x\to a^{-}
x→a+x\to a^{+}
aa
f(a)f(a)
y=f(x)y=f(x)
왼쪽에서 다가가도(x→a−x\to a^{-}), 오른쪽에서 다가가도(x→a+x\to a^{+}), 곡선이 끊어지지 않고 이어져 있으므로 높이는 항상 f(a)f(a)로 모입니다.

쉽게 말하면 — 그래프가 끊어지지 않고 이어져 있으면, 목적지 바로 앞까지 다가간 사람이 도착하는 곳은 목적지의 높이입니다. 직선이든 포물선이든 구불구불한 곡선이든, 다항함수의 그래프는 어디에서도 끊어지지 않습니다. 그래서 극한값을 구하려고 굳이 “가까이 가는” 계산을 할 필요 없이 그냥 대입하면 됩니다.

단, 이 방법은 분모가 없는 다항함수일 때의 이야기이다. 분수 꼴에서 대입했더니 00\dfrac{0}{0}이 되는 경우는 뒤에서 따로 다룬다.

4. 곱으로 주어진 식은 전개하지 않는다

두 함수의 극한값이 각각 존재하면 합·차·곱의 극한은 다음과 같이 각각의 극한값으로 계산할 수 있다.

limx→a{f(x)±g(x)}=limx→af(x)±limx→ag(x),limx→a{f(x)g(x)}=limx→af(x)⋅limx→ag(x)\lim_{x\to a}\{f(x)\pm g(x)\}=\lim_{x\to a}f(x)\pm\lim_{x\to a}g(x), \qquad \lim_{x\to a}\{f(x)g(x)\}=\lim_{x\to a}f(x)\cdot\lim_{x\to a}g(x)

그래서 (x+2)(x2−x+4)(x+2)(x^2-x+4)처럼 곱으로 주어진 식은 괄호를 전개하지 않고, 괄호마다 x=ax=a를 따로 대입해 나온 두 수를 곱하면 된다.

쉽게 말하면 — 곱해져 있는 두 식을 굳이 하나로 풀어헤칠 필요가 없습니다. 각 괄호에 따로 aa를 넣어 숫자를 만든 다음, 그 숫자끼리 곱하면 끝입니다.

5. 극한값이 주어지면 방정식으로 바꾼다

다항함수에서는 limx→af(x)=f(a)\displaystyle\lim_{x\to a}f(x)=f(a)이므로, “극한값이 kk이다”라는 조건은 “f(a)=kf(a)=k이다”라는 조건과 완전히 같다. lim\lim 기호를 지우고 평범한 방정식으로 바꾸면 미지수를 구할 수 있다.

정리: 다항함수 극한 문제를 푸는 순서

  1. 분모가 없는 다항식(또는 그 곱)인지 확인한다.
  2. xx 자리에 aa를 대입한다. (곱이면 괄호마다 따로 대입한다.)
  3. 극한값이 주어져 있으면 lim\lim 기호를 지우고 방정식(연립방정식)을 푼다.

누구나 풀 수 있어요기본형은 2단계로 풉니다. 응용형은 아래 문제 해설의 “단계별로 풀어 보기”에서 안내합니다.

  1. lim\lim 기호는 잊고, 식의 xx 자리마다 aa를 넣습니다. 괄호가 곱해져 있으면 괄호마다 따로 넣어 곱합니다.
  2. 극한값이 주어져 있으면 넣은 결과를 그 값과 같다고 놓고 방정식을 풉니다.

※ xx가 한 점 aa로 가까워지는 극한이고 식이 다항식(곱하고 더하고 빼기만 있는 식)일 때의 기본형입니다. 줄이 나뉜 함수는 아래 문제 해설을 보세요.

유제

문제 1 · 기본

삼차함수 f(x)=2x3−x2−3f(x) = 2x^3 - x^2 - 3에 대하여 limx→−1f(x)\displaystyle\lim_{x \to -1} f(x)의 값은?

  • ① -8
  • ② -6
  • ③ -4
  • ④ -2
  • ⑤ 6
정답과 해설 보기
정답 ②

■ 정석 풀이

누구나 풀 수 있어요3단계만 따라오세요. 왜 그런지는 아래 정석 풀이에서 천천히 보면 됩니다.

  1. lim\lim 기호는 잊고, 식의 xx 자리마다 −1-1을 넣습니다. 2×(−1)3−(−1)2−32\times(-1)^3-(-1)^2-3
  2. 거듭제곱부터 계산합니다. (−1)3=−1(-1)^3=-1, (−1)2=1(-1)^2=1이므로 2×(−1)−1−32\times(-1)-1-3
  3. 나머지를 계산합니다. −2−1−3=−6-2-1-3=-6 → 정답 ②

※ 이 문제처럼 곱하고 더하고 빼기만 있는 식(다항식)일 때만 이렇게 하세요. 분모에 xx가 있는 식은 다른 방법입니다.

자세한 풀이 보기

f(x)=2x3−x2−3f(x)=2x^3-x^2-3은 분모가 없는 다항함수이므로 x=−1x=-1을 그대로 대입한다.

limx→−1f(x)=f(−1)=2⋅(−1)3−(−1)2−3=−2−1−3=−6\lim_{x \to -1} f(x) = f(-1) = 2\cdot(-1)^3 - (-1)^2 - 3 = -2-1-3 = -6
x→−1−x\to -1^{-}
x→−1+x\to -1^{+}
−1-1
−6-6
xx가 −1-1보다 작은 쪽·큰 쪽 어디서 다가가도, 곡선 위의 점은 끊김 없이 (−1,−6)(-1,-6)으로 다가갑니다

즉 limx→−1f(x)=−6\displaystyle\lim_{x \to -1} f(x) = -6이다.

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

핵심 개념 3번: 다항함수이면 limx→af(x)=f(a)\displaystyle\lim_{x\to a}f(x)=f(a)이다. 삼차함수도 limx→ax3=a3\displaystyle\lim_{x\to a}x^3=a^3이므로 항별로 대입하면 된다.

쉽게 말하면 — 삼차항 x3x^3도 결국 x⋅x⋅xx\cdot x\cdot x입니다. 차수가 높아져도 계산 방법은 똑같이 “그 자리에 aa를 넣는다”입니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

삼차함수의 그래프는 이차함수의 포물선보다 훨씬 구불구불해서, 많은 학생이 “차수가 높아졌으니 극한 계산도 더 까다롭겠다”고 느낀다.

하지만 다항함수의 극한은 차수와 상관없이 항별로 대입한 값이다. 극한의 합·곱 성질에 따라 x3x^3, x2x^2도 (−1)3(-1)^3, (−1)2(-1)^2으로 바뀌기 때문이다. 그래서 절차는 언제나 “그냥 대입”이다.

실제로 틀리는 지점은 계산이 아니라 부호이다. (−1)3=−1(-1)^3=-1, (−1)2=1(-1)^2=1이므로 −(−1)2-(-1)^2은 −1-1인데, 이를 +1+1로 잘못 쓰는 실수가 흔하다. 홀수 제곱은 원래 부호를 그대로 가져가고 00이 아닌 수의 짝수 제곱은 항상 양수가 된다는 점을 대입 직전에 한 번 더 확인하자.

다음 문제
문제 2 · 응용

함수 f(x)f(x)가

f(x)={−4(x≠5)  1(x=5)f(x) = \begin{cases} -4 & (x \neq 5) \\ \ \ 1 & (x = 5) \end{cases}

로 정의되어 있다. limx→5f(x)=a\displaystyle\lim_{x \to 5} f(x) = a, f(5)=bf(5) = b일 때, a+ba+b의 값을 구하시오.

정답과 해설 보기
정답 -3

■ 정석 풀이

단계별로 풀어 보기3단계로 나눠 풀어 봅니다. 각 단계의 이유는 정석 풀이에서 확인하세요.

  1. 극한값 aa는 “x≠5x\ne5일 때”의 줄에서 읽습니다. 그 줄의 값이 −4-4이므로 a=−4a=-4
  2. 함숫값 bb는 “x=5x=5일 때”의 줄에서 읽습니다. 그 줄의 값이 11이므로 b=1b=1
  3. 두 값을 더합니다. −4+1=−3-4+1=-3

※ 이 문제처럼 x≠5x\ne5인 줄이 상수이면 그 상수가 극한값입니다. x≠5x\ne5인 줄이 상수가 아니면 그 식의 극한을 따로 구해야 합니다. 함숫값은 x=5x=5인 줄에서 읽습니다.

자세한 풀이 보기

(i) 극한값 aa 구하기

x→5x \to 5는 xx가 55가 아니면서 55에 한없이 가까워진다는 뜻이므로, 극한값을 따질 때 쓰이는 것은 x≠5x \neq 5인 부분의 식뿐이다. x≠5x \neq 5일 때 f(x)=−4f(x) = -4이므로

a=limx→5f(x)=limx→5(−4)=−4a = \lim_{x \to 5} f(x) = \lim_{x \to 5} (-4) = -4

(ii) 함숫값 bb 구하기

bb는 x=5x=5 한 점에서의 값이므로 정의에서 그대로 읽는다.

b=f(5)=1b = f(5) = 1

(iii) 답 구하기

a+b=(−4)+1=−3a + b = (-4) + 1 = -3
11
−4-4
55
f(5)=1f(5)=1
x=5x=5에서만 점 하나가 위로 떨어져 있고, 그 자리의 선에는 구멍이 뚫려 있다

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

핵심 개념 2번: 극한값은 x=ax=a를 뺀 주변의 값만 보고, 함숫값 f(a)f(a)는 x=ax=a 한 점의 값이다. 이 문제처럼 x=ax=a 한 점만 따로 다르게 정의하면 두 값이 달라진다. 또 상수함수의 극한 limx→ac=c\displaystyle\lim_{x \to a} c = c를 x≠5x \neq 5인 부분에 적용해 a=−4a=-4를 얻는다.

쉽게 말하면 — 극한값은 “가는 길에 보이는 높이”, 함숫값은 “도착한 그 지점에 실제로 찍혀 있는 값”입니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

그래프를 떠올리면 한눈에 끝난다. 높이 −4-4짜리 수평선이 쭉 뻗어 있는데, x=5x=5 자리에만 구멍이 하나 뚫려 있고 그 구멍 위쪽 11의 높이에 점이 따로 찍혀 있는 모양이다.

  • 극한값: 구멍을 향해 걸어가면서 보는 높이 → 왼쪽에서 가도 오른쪽에서 가도 계속 −4-4
  • 함숫값: 구멍 자리에 실제로 찍힌 점 → 11

핵심 감각은 “극한은 구멍을 무시한다”는 것이다. x=5x=5 한 점의 값을 11이 아니라 100100으로 바꿔도, 아예 정의하지 않아도 극한값은 여전히 −4-4이다. 점 하나는 선의 방향을 바꾸지 못하기 때문이다.

문제 1의 다항함수에서는 극한값과 함숫값이 같았지만, 그것은 다항함수의 극한이 항별로 대입한 값이기 때문이다. “극한값 = 대입한 값”은 다항식처럼 대입이 보장되는 식에서만 쓰는 지름길이라는 점을 기억하자. 앞으로 00\dfrac{0}{0} 꼴에서 분모가 00이 되는 점을 약분으로 없애도 되는 이유도 같다 — 그 한 점은 애초에 극한의 관심사가 아니다.

다음 문제
문제 3 · 기본

함수 f(x)=(x+2)(x2−x+4)f(x) = (x+2)(x^2-x+4)에 대하여 limx→1f(x)\displaystyle\lim_{x \to 1} f(x)의 값은?

  • ① 4
  • ② 8
  • ③ 12
  • ④ 16
  • ⑤ 20
정답과 해설 보기
정답 ③

■ 정석 풀이

누구나 풀 수 있어요4단계만 따라오세요. 왜 그런지는 아래 정석 풀이에서 천천히 보면 됩니다.

  1. 괄호는 풀지 말고 그대로 둡니다.
  2. 왼쪽 괄호 (x+2)(x+2)의 xx 자리에 11을 넣습니다. 1+2=31+2=3
  3. 오른쪽 괄호 (x2−x+4)(x^2-x+4)의 xx 자리에 11을 넣습니다. 1−1+4=41-1+4=4
  4. 나온 두 숫자를 곱합니다. 3×4=123\times4=12 → 정답 ③

※ 이 문제처럼 곱하고 더하고 빼기만 있는 식(다항식)일 때만 이렇게 하세요. 분모에 xx가 있는 식은 다른 방법입니다.

자세한 풀이 보기

f(x)=(x+2)(x2−x+4)f(x)=(x+2)(x^2-x+4)는 일차식 x+2x+2와 이차식 x2−x+4x^2-x+4의 곱이다. 괄호마다 x=1x=1을 따로 대입하면

limx→1(x+2)=1+2=3,limx→1(x2−x+4)=1−1+4=4\lim_{x \to 1}(x+2) = 1+2 = 3, \qquad \lim_{x \to 1}(x^2-x+4) = 1-1+4 = 4

두 극한값이 모두 존재하므로 곱의 극한의 성질에 의해

limx→1f(x)=3×4=12\lim_{x \to 1} f(x) = 3\times 4 = 12
x→1−x\to 1^{-}
x→1+x\to 1^{+}
11
(1,12)(1,12)
xx가 11보다 작은 쪽·큰 쪽 어디서 다가가도, 곡선 위의 점은 끊김 없이 (1,12)(1,12)로 다가갑니다

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

핵심 개념 4번: 곱의 극한의 성질 (두 극한값이 각각 존재할 때)

limx→a{f(x)g(x)}=limx→af(x)⋅limx→ag(x)\lim_{x\to a}\{f(x)g(x)\} = \lim_{x\to a}f(x)\cdot \lim_{x\to a}g(x)

이 문제에서는 일차식과 이차식이 각각 극한값 33, 44를 가지므로 곧바로 곱해서 1212를 얻는다.

쉽게 말하면 — 괄호 두 개를 굳이 전개해서 x3+x2+2x+8x^3+x^2+2x+8이라는 하나의 삼차식으로 만들 필요가 없습니다. 괄호를 그대로 둔 채 각 괄호에 11을 넣어서 나온 두 숫자를 곱하면 그게 바로 답입니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

전개하면 계산이 길어지고 틀릴 곳도 늘어난다. 괄호가 둘이면 “숫자 두 개를 만들어 곱한다”로 생각하자. 다만 이차식 쪽을 대입할 때 가운데 항의 부호를 놓치는 실수가 잦다.

빠른 검산법 하나: x2−x+4x^2-x+4는 판별식이 1−16=−15<01-16=-15<0이고 x2x^2의 계수가 양수이므로 모든 실수 xx에 대해 항상 양수이다. 그러므로 최종 답의 부호는 일차식 x+2x+2의 부호만 보면 미리 예측된다. 이 문제는 x+2x+2가 양수이므로 답도 반드시 양수여야 하고, 실제로 1212로 맞아떨어진다.

다음 문제
문제 4 · 응용

사차함수 g(x)=x4+2x3−ax+5g(x) = x^4 + 2x^3 - ax + 5에 대하여 limx→−1g(x)=10\displaystyle\lim_{x \to -1} g(x) = 10일 때, 상수 aa의 값을 구하시오.

정답과 해설 보기
정답 6

■ 정석 풀이

단계별로 풀어 보기4단계로 나눠 풀어 봅니다. 각 단계의 이유는 정석 풀이에서 확인하세요.

  1. lim\lim 기호는 잊고, g(x)g(x)의 xx 자리마다 −1-1을 넣습니다. (−1)4+2×(−1)3−a×(−1)+5(-1)^4+2\times(-1)^3-a\times(-1)+5
  2. 계산합니다. 1−2+a+5=a+41-2+a+5=a+4 (−a×(−1)-a\times(-1)은 +a+a입니다.)
  3. 이 값이 1010이라고 놓습니다. a+4=10a+4=10
  4. 풉니다. a=6a=6

※ g(x)g(x)가 이 문제처럼 곱하고 더하고 빼기만 있는 식(다항식)일 때만 이렇게 하세요.

자세한 풀이 보기

g(x)=x4+2x3−ax+5g(x)=x^4+2x^3-ax+5는 다항함수이므로

limx→−1g(x)=g(−1)=(−1)4+2⋅(−1)3−a⋅(−1)+5=1−2+a+5=a+4\lim_{x \to -1} g(x) = g(-1) = (-1)^4 + 2\cdot(-1)^3 - a\cdot(-1) + 5 = 1-2+a+5 = a+4

조건에서 이 값이 1010이므로 a+4=10a+4=10이고, a=6a=6이다.

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

핵심 개념 5번: “극한값이 1010”을 “g(−1)=10g(-1)=10”으로 바꿔 쓰는 것이 출발점이다. 사차함수라 식은 길지만 x→−1x\to -1이므로 필요한 값은 g(−1)g(-1) 하나뿐이다.

쉽게 말하면 — “극한값이 1010”이라는 말은 다항함수에서는 “대입한 값이 1010”이라는 말과 같습니다. lim\lim 기호를 지우고 g(−1)=10g(-1)=10이라는 보통 방정식으로 풀면 됩니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

사차식이라서 aa에 대한 방정식도 사차방정식일 거라고 지레짐작하면 어렵게 느껴진다.

하지만 x=−1x=-1을 대입하는 순간 x4x^4, x3x^3 자리는 이미 (−1)4=1(-1)^4=1, (−1)3=−1(-1)^3=-1이라는 확정된 숫자로 바뀐다. 미지수 aa는 애초에 −ax-ax라는 일차항에만 붙어 있었으므로, 대입을 마치면 aa에 대해서는 일차방정식 a+4=10a+4=10만 남는다.

비법은 간단하다. 차수가 높아도, 미지수가 어느 항에 붙어 있는지부터 확인하자. 미지수가 붙은 항이 일차항이고 대입한 뒤 그 미지수에 곱해진 수가 00이 아니라면 대입 후 방정식도 일차로 끝난다.

다음 문제
문제 5 · 응용

함수 h(x)=(x+a)(x2−x+1)h(x) = (x+a)(x^2-x+1)에 대하여 limx→2h(x)=21\displaystyle\lim_{x \to 2} h(x) = 21일 때, 상수 aa의 값을 구하시오.

정답과 해설 보기
정답 5

■ 정석 풀이

단계별로 풀어 보기4단계로 나눠 풀어 봅니다. 각 단계의 이유는 정석 풀이에서 확인하세요.

  1. 괄호마다 xx 자리에 22를 넣습니다. (x+a)(x+a)는 2+a2+a, (x2−x+1)(x^2-x+1)은 4−2+1=34-2+1=3입니다.
  2. 두 값을 곱해서 2121과 같다고 놓습니다. (2+a)×3=21(2+a)\times3=21
  3. 양쪽을 33으로 나눕니다. 2+a=72+a=7
  4. 풉니다. a=5a=5

※ 각 괄호가 xx에 대한 다항식인 곱일 때만 이렇게 하세요.

자세한 풀이 보기

(x+a)(x+a)와 (x2−x+1)(x^2-x+1)에 각각 x=2x=2를 대입하면

limx→2(x+a)=2+a,limx→2(x2−x+1)=4−2+1=3\lim_{x \to 2}(x+a) = 2+a, \qquad \lim_{x \to 2}(x^2-x+1) = 4-2+1 = 3

곱의 극한의 성질에 의해

limx→2h(x)=(2+a)×3=6+3a\lim_{x \to 2} h(x) = (2+a)\times 3 = 6+3a

조건에서 이 값이 2121이므로 6+3a=216+3a=21이고, a=5a=5이다.

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

핵심 개념 4번(곱의 극한)과 5번(극한값 조건 → 방정식)을 함께 쓴 문제이다. 차이는 일차식 쪽에 미지수 aa가 들어 있다는 점뿐이며, x=2x=2를 대입하면 2+a2+a라는 aa에 대한 일차식이 남는다.

쉽게 말하면 — “극한값이 2121”이라는 조건은 두 괄호에 각각 22를 대입해서 곱한 결과가 2121이라는 뜻입니다. lim\lim 기호를 지우고 (2+a)×3=21(2+a)\times 3 = 21이라는 일차방정식을 풀면 됩니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

미지수가 들어 있지 않은 쪽부터 먼저 계산해 숫자로 확정해 두는 순서가 실수를 줄인다. 이 문제에서는 (x2−x+1)(x^2-x+1) 쪽을 먼저 계산해 33으로 확정하면, 남는 식은 (2+a)×3=21(2+a)\times 3 = 21이라는 단순한 일차방정식뿐이다.

미지수가 있는 쪽과 없는 쪽을 동시에 다루려 하지 말고, 없는 쪽부터 처리하는 습관을 들이면 괄호가 몇 개 섞여 있어도 항상 같은 순서로 풀 수 있다.

다음 문제
문제 6 · 기본

이차함수 f(x)=ax2+bx+1f(x) = ax^2+bx+1 (a,ba, b는 상수)에 대하여

limx→1f(x)=4,limx→2f(x)=11\lim_{x \to 1} f(x) = 4, \qquad \lim_{x \to 2} f(x) = 11

일 때, abab의 값은?

  • ① -2
  • ② -1
  • ③ 1
  • ④ 2
  • ⑤ 3
정답과 해설 보기
정답 ④

■ 정석 풀이

누구나 풀 수 있어요5단계만 따라오세요. 왜 그런지는 아래 정석 풀이에서 천천히 보면 됩니다.

  1. 첫째 조건은 f(x)f(x)의 xx 자리에 11을 넣은 값이 44라는 뜻입니다. a+b+1=4a+b+1=4, 정리하면 a+b=3a+b=3
  2. 둘째 조건은 xx 자리에 22를 넣은 값이 1111이라는 뜻입니다. 4a+2b+1=114a+2b+1=11, 정리하면 2a+b=52a+b=5
  3. 둘째 식에서 첫째 식을 뺍니다. (2a+b)−(a+b)=5−3(2a+b)-(a+b)=5-3이므로 a=2a=2
  4. a=2a=2를 a+b=3a+b=3에 넣습니다. b=1b=1
  5. 곱합니다. ab=2×1=2ab=2\times1=2 → 정답 ④

※ 다항함수에서 xx가 한 점 cc로 가까워질 때는 x=cx=c를 넣은 값이 극한값입니다. 이 문제의 f(x)f(x)는 다항식입니다.

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f(x)=ax2+bx+1f(x)=ax^2+bx+1은 다항함수이므로 limx→cf(x)=f(c)\displaystyle\lim_{x\to c}f(x)=f(c)이다. 두 조건을 각각 대입값으로 바꾸면

limx→1f(x)=f(1)=a+b+1=4    ⇒    a+b=3⋯①\lim_{x \to 1} f(x) = f(1) = a+b+1 = 4 \;\;\Rightarrow\;\; a+b=3 \quad \cdots \text{①} limx→2f(x)=f(2)=4a+2b+1=11    ⇒    2a+b=5⋯②\lim_{x \to 2} f(x) = f(2) = 4a+2b+1 = 11 \;\;\Rightarrow\;\; 2a+b=5 \quad \cdots \text{②}

②에서 ①을 빼면 a=2a=2이고, 이를 ①에 대입하면 b=1b=1이다. 따라서

ab=2×1=2ab = 2\times 1 = 2

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

핵심 개념 5번을 두 개의 서로 다른 xx값에 각각 적용해 a,ba, b에 대한 연립방정식 두 개를 얻었다.

{a+b=32a+b=5\begin{cases} a+b=3 \\ 2a+b=5 \end{cases}

미지수가 두 개, 방정식도 두 개이므로 가감법(한 식에서 다른 식을 빼서 미지수 하나를 없애는 방법)으로 바로 풀 수 있다.

쉽게 말하면 — 극한 조건을 대입값으로 바꾸고 나면 lim\lim이라는 글자는 사라지고, 중학교 때부터 풀어온 평범한 연립방정식만 남습니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

어렵게 느껴지는 이유는 '이차함수'와 '극한'이라는 낯선 단어 때문이지, 실제 계산 난이도와는 상관없다. lim\lim 기호가 사라지는 순간 남는 것은 a,ba, b에 대한 흔한 연립방정식이다.

이 문제처럼 aa, bb에 대한 일차식 조건이라면 미지수가 두 개일 때 조건도 두 개 필요하다는 점만 기억하자. 조건이 하나뿐이면 a,ba, b를 따로 구별할 수 없고, 두 조건을 나란히 놓아야 비로소 가감법으로 하나씩 소거할 수 있다.

다음 문제
문제 7 · 응용

이차함수 f(x)=ax2+bx−2f(x) = ax^2+bx-2 (a,ba, b는 상수)에 대하여

limx→−2f(x)+limx→1f(x)=13,limx→−2f(x)−limx→1f(x)=15\lim_{x\to -2} f(x) + \lim_{x\to 1} f(x) = 13, \qquad \lim_{x\to -2} f(x) - \lim_{x\to 1} f(x) = 15

일 때, abab의 값을 구하시오.

정답과 해설 보기
정답 -6

■ 정석 풀이

단계별로 풀어 보기6단계로 나눠 풀어 봅니다. 각 단계의 이유는 정석 풀이에서 확인하세요.

  1. xx 자리에 −2-2를 넣은 값은 4a−2b−24a-2b-2, 11을 넣은 값은 a+b−2a+b-2입니다.
  2. 첫째 조건은 두 값을 더해서 1313이라는 뜻입니다. 5a−b−4=135a-b-4=13, 정리하면 5a−b=175a-b=17
  3. 둘째 조건은 두 값을 빼서 1515라는 뜻입니다. 3a−3b=153a-3b=15, 정리하면 a−b=5a-b=5
  4. 두 식을 뺍니다. (5a−b)−(a−b)=17−5(5a-b)-(a-b)=17-5이므로 4a=124a=12, a=3a=3
  5. a=3a=3을 a−b=5a-b=5에 넣습니다. b=−2b=-2
  6. 곱합니다. ab=3×(−2)=−6ab=3\times(-2)=-6

※ f(x)f(x)가 다항식이고 xx가 한 점 cc로 가까워질 때는 x=cx=c를 넣은 값이 극한값입니다.

자세한 풀이 보기

f(x)=ax2+bx−2f(x)=ax^2+bx-2는 다항함수이므로 limx→−2f(x)=f(−2)\displaystyle\lim_{x\to -2}f(x)=f(-2), limx→1f(x)=f(1)\displaystyle\lim_{x\to 1}f(x)=f(1)이다.

f(−2)=4a−2b−2,f(1)=a+b−2f(-2)=4a-2b-2, \qquad f(1)=a+b-2

두 조건에 대입하면

f(−2)+f(1)=5a−b−4=13    ⇒    5a−b=17⋯①f(-2)+f(1) = 5a-b-4 = 13 \;\;\Rightarrow\;\; 5a-b=17 \quad \cdots \text{①} f(−2)−f(1)=3a−3b=15    ⇒    a−b=5⋯②f(-2)-f(1) = 3a-3b = 15 \;\;\Rightarrow\;\; a-b=5 \quad \cdots \text{②}

①에서 ②를 빼면 4a=124a=12, 즉 a=3a=3이고, ②에 대입하면 b=−2b=-2이다. 따라서

ab=3×(−2)=−6ab = 3\times(-2) = -6

■ 관련 개념 및 공식

관련 개념 및 공식 보기

문제 6과 같은 성질 limx→cf(x)=f(c)\displaystyle\lim_{x\to c}f(x)=f(c)를 두 지점 x=−2x=-2, x=1x=1에 적용했을 뿐이다. 다만 조건이 f(−2)f(-2), f(1)f(1) 각각의 값이 아니라 둘의 합과 차로 주어져 있어, 대입 후 정리하는 단계가 하나 더 들어간다.

쉽게 말하면 — “합이 13, 차가 15”라는 조건은 f(−2)f(-2)와 f(1)f(1)이라는 두 숫자를 직접 알려주는 대신, 그 둘을 더하고 뺀 결과만 알려준 것입니다. 결국 a,ba, b에 대한 연립방정식이라는 점은 문제 6과 똑같습니다.

■ 직관적 통찰 및 비법

복잡해 보이는 이유는 조건이 f(−2)f(-2), f(1)f(1) 각각의 값이 아니라 합·차로 위장되어 있기 때문이다. f(−2)=Af(-2)=A, f(1)=Bf(1)=B로 잠시 통짜 숫자처럼 다루면, 조건은 A+B=13A+B=13, A−B=15A-B=15라는 단순한 연립방정식이 되고, 더하고 빼면 A=14A=14, B=−1B=-1이 바로 나온다.

그 다음에야 A=f(−2)A=f(-2), B=f(1)B=f(1)이라는 식을 열어 a,ba, b에 대한 연립방정식을 풀면 된다. 한 번에 다 풀려고 욕심내지 않고 '두 겹'으로 나눠 처리하는 것이 이 문제의 요령이다.

#함수의 극한#다항함수#직접대입#극한값과 함숫값#미정계수#미적분Ⅰ