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과학

극한

극한과학
영문명
Limit
대표 대상
수열과 함수
유한한 값으로의 접근
수렴
관련 개념
연속성, 미분, 적분
극한은 수열이나 함수가 정해진 조건에서 어떤 값에 임의로 가까워지는지를 표현하는 개념이다. 단순히 값이 작아 보인다는 판단이 아니라, 원하는 오차 범위를 충족할 수 있는지로 정의한다.

가까워진다는 말의 조건

수열의 항들이 어떤 값으로 수렴한다면, 아무리 작은 양의 오차를 정해도 충분히 뒤의 모든 항이 그 범위 안에 들어가야 한다. 몇 개의 항만 가까운 것은 이 조건과 다르다.

예를 들어 3/n은 항 번호가 커질수록 0에 가까워진다. 실제 항이 0과 정확히 같아질 필요 없이 원하는 만큼 차이를 작게 할 수 있다는 것이 핵심이다.

함수값과 극한값

함수의 극한은 입력이 어떤 점에 가까워질 때 주변의 출력이 어떻게 되는지를 다룬다. 해당 점에서 함수를 정의하지 않았더라도 주변의 극한은 존재할 수 있다.

입력 1 이외에서 (x²−1)/(x−1)을 계산하면 x+1과 같다. 따라서 x가 1에 가까워질 때의 극한은 2지만, 원래 분수식은 x=1에서 정의되지 않는다.

존재하지 않는 경우

실함수에서 좌우 접근에 따른 극한이 다르면 그 점에서 하나의 양쪽 극한을 정할 수 없다. 값이 여러 수준 사이에서 계속 진동하는 경우에도 수렴하지 않을 수 있다.

값이 한없이 커지는 것과 유한한 값으로 수렴하는 것도 구분한다. 무한대로의 발산을 표현하는 표기가 있더라도 무한대를 보통의 실수와 동일하게 계산해서는 안 된다.

계산 규칙의 전제

극한의 합과 곱 등에 관한 규칙은 관련 극한의 존재 같은 조건 아래에서 적용한다. 분모의 극한이 0인 비율은 단순한 대입으로 처리할 수 없는 경우가 있다.

0/0 같은 부정형 표시는 결과가 하나로 정해지지 않았다는 뜻이다. 주변 함수의 성질을 추가로 조사해야 하며, 모양만 보고 극한값이 0이라고 결론 내릴 수 없다.

관련 문서

수열 / 함수 / 미분 / 적분 / 연속 함수