한 점만 1로 바꿨는데, 적분한 함수의 기울기는 그대로 0

t=0에서만 1이고 나머지는 0인 함수 f를 0부터 x까지 적분해 F(x)를 만들어요. F′(0)을 곧바로 f(0)이라고 쓸 수 있을까요? 한 점의 함수값과 적분값의 차이, 미분 공식에 필요한 연속 조건을 확인해요.

노란 케이블이 꽂힌 포트와 비어 있는 옆 포트

사진: Pittigrilli · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

f(t)={1t=0,0t≠0f(t)=\begin{cases}1&t=0,\\0&t\ne0\end{cases}
F(x)=∫0xf(t) dtF(x)=\int_0^x f(t)\,dt

x는 모든 실수예요.

윗끝이 x이므로 F′(0)=f(0)=1이라고 쓸 수 있을까요?

한 점에서만 1이고 나머지는 0이므로 모든 구간의 정적분은 0입니다. 음수 x에서도 적분 방향만 바뀔 뿐 F(x)=0입니다. 따라서 F′(0)=0≠f(0)=1\boxed{F'(0)=0\ne f(0)=1}입니다.

직접 정의로도 [F(h)−F(0)]/h=0입니다. f는 0에서 연속이 아니므로 그 점에서 연속함수에 대한 적분 함수의 미분 공식을 적용할 수 없어요.

도식에서 f의 점 (0,1)과 F의 점 (0,0)을 다른 축에 표시하게 해 볼까요? 한 점의 값을 바꾸어도 정적분이 달라지지 않는 것과, 원래 함수의 그 점 값이 다른 것을 구별해요. 식 모양과 필요한 연속 가정을 각각 확인하는 질문이에요.

출처·착안: Lin McMullin, 「Derivative Practice – Graphs」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.

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