모든 입력에서 곱이 0이어도 한 함수 전체가 0이어야 할까

모든 입력에서 곱이 0이어도 한 함수 전체가 0이어야 할까

여러 경로가 갈라지는 실제 회로 기판

사진: Tinux · CC0 · 원본 출처

f(x)g(x)=0모든 실수 x.f(x)g(x)=0\qquad\text{모든 실수 }x.

f,g가 실수 전체에서 한 번 미분가능하다고 하자. f가 모든 입력에서0이거나 g가 모든 입력에서0이어야 한다는 주장을 판정하라. 각 입력에서의 둘 중 하나와 전체 함수의 둘 중 하나를 구별한다.

다음 두 함수를 택한다.

f(x)={x2x≥0,0x<0,g(x)={0x≥0,x2x<0.f(x)=\begin{cases}x^2&x\ge0,\\0&x<0,\end{cases}\qquad g(x)=\begin{cases}0&x\ge0,\\x^2&x<0.\end{cases}

어느 입력에서도 둘 중 하나는0이므로 곱은 항상0이다. 하지만 f(1)=1이고 g(−1)=1이어서 어느 함수도 전체에서0이 아니다.0에서 각 함수값은0이고 미분계수의 정의에 나오는 분수는 h 또는0이므로 양쪽 극한이0이다. 두 함수는 요구한 미분가능 조건도 만족한다.

연속성을 덧붙이는 것만으로 이 반례를 제외할 수 없다.0인 쪽 함수가 입력에 따라 바뀌기 때문이다. 다항식으로 제한하면 결론이 달라진다.0이 아닌 두 다항식의 곱은 최고차항의 곱이 남아 항상0일 수 없다. 같은 식을 보고 결론을 낼 때에는 함수의 종류와 조건이 어느 입력마다 적용되는지 함께 읽는다.

출처·착안: 電気魚, 「ある命題の真偽に関する問題について」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.