방정식 x3+x−1=0이 구간 (0,1) 안에 실근을 가짐을 중간값 정리로 보이세요.
f(0)=−1<0<1=f(1) ⟹ ∃ξ∈(0,1): f(ξ)=0
c=0 — 곡선이 높이 0을 밟는 점 ξ≈0.6823.
증명 보기
- f(x)=x3+x−1은 다항식이므로 [0,1]에서 연속입니다.
- f(0)=−1<0이고 f(1)=1>0입니다.
- 중간값 정리에 의해 f(ξ)=0인 ξ∈(0,1)이 존재합니다 (f(0),f(1)=0이므로 ξ는 열린 구간 안에 있습니다). 수치적으로 ξ≈0.6823278038입니다.
방정식 sinx=21이 구간 (0,2π) 안에 해를 가짐을 보이세요.
sin0=0<21<1=sin2π ⟹ ∃ξ: sinξ=21
c=0.5 — 건너는 점은 ξ=π/6≈0.5236입니다.
증명 보기
- sinx는 [0,2π]에서 연속입니다.
- sin0=0<21이고 sin2π=1>21입니다.
- 중간값 정리에 의해 sinξ=21인 ξ∈(0,2π)가 존재합니다. 참고로 sin6π=21이므로 실제로 ξ=6π입니다 — 정리는 존재를 보장하고, 정확한 값은 별개의 계산입니다.
함수 f(x)={01x<21x≥21 ([0,1]에서 정의)이 값 c=21를 취하지 않음을 직접 보이고, 중간값 정리의 어느 가설이 깨졌는지 말하세요.
f([0,1])={0,1}∋21
연속인 경우 (c=0) — 이 가설이 빠지면 건너는 점이 없을 수 있습니다.
증명 보기
- x<21이면 f(x)=0=21이고, x≥21이면 f(x)=1=21입니다. 따라서 어떤 x에 대해서도 f(x)=21가 될 수 없습니다. 그런데도 f(0)=0<21<1=f(1)입니다.
- 깨진 가설은 x=21에서의 연속성입니다: 좌극한은 0이지만 f(21)=1이므로 불연속입니다. 중간값 정리의 결론이 가설 없이는 성립하지 않음을 보여주는 반례입니다.