(1). 함수 y=f(x)가 x=a에서 미분가능하면,
f′(a)=x→alimx−af(x)−f(a)가 존재하므로
x→alim(f(x)−f(a))=x→alim(x−af(x)−f(a)⋅(x−a))=x→alimx−af(x)−f(a)⋅x→alim(x−a)=f′(a)⋅0=0이고,
x→alimf(x)=f(a)이다. 따라서 f(x)는 x=a에서 연속이다.
(2). 함수 f(x)가 x=a에서 연속이면, x→alimf(x)=f(a)이고,
an=a+n1으로 두면 n→∞limf(an)이 존재하고 그 극한값은 f(a)이다.
an=a−n1으로 두면 n→∞limf(an)이 존재하고 그 극한값은 f(a)이다.
따라서 함수 f(x)는 x=a에서 S−연속이다.
즉, 함수 f(x)의 x=a에서 연속성은 S−연속성을 의미한다.
(3). a=0인 경우 :
x=a에서 x1는 미분가능하고 제시문 (다)에 의하여 sinx1도 미분가능하다.
미분의 성질에 의하여 x2sinx1도 x=a에서 미분가능하다. 미분가능성과 연속성의 관계에 의하여
g(x)=x2sinx1는 x=a에서 연속이고 (2)에 의하여 S−연속이다.
a=0인 경우 :
x=0이면 0≤∣x2sinx1∣≤x2이고, x→0limx2=0이므로 x→0limx2sinx1=0=g(0)이다.
g(x)=x2sinx1는 x=0에서 연속이고 (2)에 의하여 S−연속이다.
(4). - a>0인 경우,
․ a가 유리수 :
an=a+n1와 cn=a−n1는 유리수이고
bn=a+n2와 dn=a−n2는 무리수이다.
n→∞liman=n→∞limbn=n→∞limcn=n→∞limdn=a이고 충분히 큰 자연수 n에 대하여 h(an)=h(cn)=1,h(bn)=h(dn)=0이다.
a>0인 유리수일 때, n→∞limh(an)=n→∞limh(cn)=1=h(a)이므로 h(x)는 x=a에서 S−연속이다.
n→∞limh(bn)=0=1=h(a)이므로 h(x)는 x=a에서 연속이 아니다.
․ a가 무리수 :
an=a+n1와 cn=a−n1는 무리수이고
n→∞liman=n→∞limcn=a이고 충분히 큰 자연수 n에 대하여 h(an)=h(cn)=0이다.
a>0인 무리수일 때, n→∞limh(an)=n→∞limh(cn)=0=h(a)이므로 h(x)는 x=a에서 S−연속이다.
제시문 (라)에 의하여 n→∞limbn=a인 양의 유리수인 수열 {bn}이 존재한다.
n→∞limh(bn)=1=0=h(a)이므로 h(x)는 x=a에서 연속이 아니다.
- a=0인 경우
an=n1와 cn=−n1는 유리수이고
n→∞liman=n→∞limcn=0이고 h(an)=1,h(cn)=0이다.
n→∞limh(an)=1=0=n→∞limh(cn)이므로 h(x)는 x=0에서 S−연속이 아니고, 연속도 아니다.
따라서 함수 h(x)는 x=a=0에서 S−연속이지만 연속이 아니다.
그러므로 x=a에서 함수 f(x)의 S−연속성은 연속성을 의미하지는 않는다.
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