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극한·미분 심화 전체 문제

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유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

4문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 2.12절 · 1번대학 수준우리말 번역

다음 각 함수의 정의역을 구하세요. (a) f(x)=arcsin⁡(cos⁡x)(b) g(x)=arccsc(cos⁡x)(c) h(x)=sin⁡(arccos⁡x)\text{(a) } f(x)=\arcsin(\cos x)\qquad \text{(b) }g(x)=\mathop{\mathrm{arccsc}}(\cos x)\qquad \text{(c) } h(x)=\sin(\arccos x)

영어 원문 보기

Give the domains of each of the following functions. (a) f(x)=arcsin⁡(cos⁡x)(b) g(x)=arccsc(cos⁡x)(c) h(x)=sin⁡(arccos⁡x)\text{(a) } f(x)=\arcsin(\cos x)\qquad \text{(b) }g(x)=\mathop{\mathrm{arccsc}}(\cos x)\qquad \text{(c) } h(x)=\sin(\arccos x)

정답·풀이 보기

(a) 코사인 함수에는 어떤 수를 대입해도 되고, 그 값은 [−1,1][-1,1] 안의 수이다. arcsin⁡x\arcsin x 의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이므로, 코사인에 어떤 수를 대입하더라도 그 결과는 아크사인에 대입할 수 있는 올바른 수이다. 따라서 f(x)f(x) 의 정의역은 모든 실수이다.

(b) 코사인 함수에는 어떤 수를 대입해도 되고, 그 값은 [−1,1][-1,1] 안의 수이다. arccscx\mathop{\mathrm{arccsc}} x 의 정의역은 (−∞,−1]∪[1,∞)(-\infty,-1] \cup [1,\infty) 이므로, 아크코시컨트에 대입할 수 있는 올바른 수가 되려면 cos⁡x=±1\cos x = \pm 1 이어야 한다. 즉, g(x)g(x) 의 정의역은 어떤 정수 nn 에 대하여 x=nπx=n\pi 인 모든 값이다.

(c) 아크코사인의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이다. 사인 함수의 정의역은 모든 실수이므로, 아크코사인이 어떤 수를 내놓더라도 그 수를 사인에 안전하게 대입할 수 있다. 따라서 h(x)h(x) 의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We can plug any number into the cosine function, and it will return a number in [−1,1][-1,1]. The domain of arcsin⁡x\arcsin x is [−1,1][-1,1], so any number we plug into cosine will give us a valid number to plug into arcsine. So, the domain of f(x)f(x) is all real numbers.

(b) We can plug any number into the cosine function, and it will return a number in [−1,1][-1,1]. The domain of arccscx\mathop{\mathrm{arccsc}} x is (−∞,−1]∪[1,∞)(-\infty,-1] \cup [1,\infty), so in order to have a valid number to plug into arccosecant, we need cos⁡x=±1\cos x = \pm 1. That is, the domain of g(x)g(x) is all values x=nπx=n\pi for some integer nn.

(c) The domain of arccosine is [−1,1][-1,1]. The domain of sine is all real numbers, so no matter what number arccosine spits out, we can safely plug it into sine. So, the domain of h(x)h(x) is [−1,1][-1,1].

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 16번
# 역삼각함수의 미분계산기본자동 분류
2.CLP-1 · 2.12절 · 4번대학 수준우리말 번역

aa 를 어떤 상수라고 하자. 곡선 y=ax+cos⁡xy=ax+\cos x 는 어디에서 수평인 접선을 갖는지 구하세요.

영어 원문 보기

Let aa be some constant. Where does the curve y=ax+cos⁡xy=ax+\cos x have a horizontal tangent line?

정답·풀이 보기

접선이 수평이려면 0=y′=a−sin⁡x0=y'=a-\sin x 이어야 한다. 즉, a=sin⁡xa=\sin x 일 때이다.

  • ∣a∣>1|a|>1 이면, a=sin⁡xa=\sin x 를 만족시키는 xx 의 값이 없으므로 곡선은 수평인 접선을 갖지 않는다.
  • ∣a∣=1|a| = 1 이면, a=sin⁡xa=\sin x 의 해는 무수히 많지만 구간 [−π,π][-\pi,\pi] 에서의 해는 x=arcsin⁡(a)=arcsin⁡(±1)=±π2x=\arcsin(a)=\arcsin(\pm1)=\pm\frac{\pi}{2} 하나뿐이다. 그러면 a=sin⁡xa=\sin x 를 만족시키는 xx 의 값은 임의의 정수 nn 에 대해 x=2πn+aπ2x=2\pi n +a \frac{\pi}{2} 이다.
  • ∣a∣<1|a|<1 이면, a=sin⁡xa=\sin x 의 해는 무수히 많다. 구간 (−π2,π2)\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right) 에서의 해는 x=arcsin⁡(a)x=\arcsin(a) 로 주어진다. 구간 (−π,π)\left(-\pi,\pi\right) 에서의 다른 해는 아래의 단위원에서 보듯이 x=π−arcsin⁡(a)x=\pi-\arcsin(a) 로 주어진다.

그림

그림

따라서 x=sin⁡ax=\sin a 를 만족시키는 xx 의 값은 임의의 정수 nn 에 대해 x=2πn+arcsin⁡(a)x=2\pi n+\arcsin(a) 와 x=2πn+π−arcsin⁡(a)x=2\pi n + \pi - \arcsin (a) 이다.

참고: a=1a=1 일 때, 2πn+arcsin⁡(a)=2πn+π2=2πn+π−(π2)=2πn+π−arcsin⁡(a)2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n + \dfrac{\pi}{2}=2\pi n +\pi -\left(\dfrac {\pi}{2}\right)=2\pi n+\pi-\arcsin(a) 이다. 마찬가지로 a=−1a=-1 일 때, 2πn+arcsin⁡(a)=2πn−π2=2π(n−1)+π−(−π2)=2π(n−1)+π−arcsin⁡(a)2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n - \dfrac{\pi}{2}=2\pi (n-1) +\pi -\left(-\dfrac {\pi}{2}\right) =2\pi(n-1)+\pi-\arcsin(a) 이다. 따라서 ∣a∣=1|a|=1 일 때 접선이 수평인 점을 세 번째 항목의 표현으로 나타내려 하면, 올바른 점들을 얻기는 하지만 각 점이 두 번씩 나열된다. 이것이 ∣a∣=1|a|=1 인 경우를 ∣a∣<1|a|<1 인 경우와 따로 나눈 이유이다.

원본 교재 풀이(영어)

The tangent line is horizontal when 0=y′=a−sin⁡x0=y'=a-\sin x. That is, when a=sin⁡xa=\sin x.

  • If ∣a∣>1|a|>1, then there is no value of xx for which a=sin⁡xa=\sin x, so the curve has no horizontal tangent lines.
  • If ∣a∣=1|a| = 1, then there are infinitely many solutions to a=sin⁡xa=\sin x, but only one solution in the interval [−π,π][-\pi,\pi]: x=arcsin⁡(a)=arcsin⁡(±1)=±π2x=\arcsin(a)=\arcsin(\pm1)=\pm\frac{\pi}{2}. Then the values of xx for which a=sin⁡xa=\sin x are x=2πn+aπ2x=2\pi n +a \frac{\pi}{2} for any integer nn.
  • If ∣a∣<1|a|<1, then there are infinitely many solutions to a=sin⁡xa=\sin x. The solution in the interval (−π2,π2)\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right) is given by x=arcsin⁡(a)x=\arcsin(a). The other solution in the interval (−π,π)\left(-\pi,\pi\right) is given by x=π−arcsin⁡(a)x=\pi-\arcsin(a), as shown in the unit circles below.

figure

figure

So, the values of xx for which x=sin⁡ax=\sin a are x=2πn+arcsin⁡(a)x=2\pi n+\arcsin(a) and x=2πn+π−arcsin⁡(a)x=2\pi n + \pi - \arcsin (a) for any integer nn.

Remark: when a=1a=1, then 2πn+arcsin⁡(a)=2πn+π2=2πn+π−(π2)=2πn+π−arcsin⁡(a).2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n + \dfrac{\pi}{2}=2\pi n +\pi -\left(\dfrac {\pi}{2}\right)=2\pi n+\pi-\arcsin(a). Similarly, when a=−1a=-1, 2πn+arcsin⁡(a)=2πn−π2=2π(n−1)+π−(−π2)=2π(n−1)+π−arcsin⁡(a).2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n - \dfrac{\pi}{2}=2\pi (n-1) +\pi -\left(-\dfrac {\pi}{2}\right) =2\pi(n-1)+\pi-\arcsin(a). So, if we try to use the descriptions in the third bullet point to describe points where the tangent line is horizontal when ∣a∣=1|a|=1, we get the correct points but each point is listed twice. This is why we separated the case ∣a∣=1|a|=1 from the case ∣a∣<1|a|<1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 21번
# 역삼각함수의 미분계산기본자동 분류
3.CLP-1 · 3.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 가 함수이고, x=5x=5 근처에서의 선형 근사를 계산하여 f(x)≈3x−9f(x) \approx 3x-9 를 얻었다고 하자.

(a) f(5)f(5) 는 얼마입니까? (b) f′(5)f'(5) 는 얼마입니까? (c) f(0)f(0) 은 얼마입니까?

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) is a function, and we calculated its linear approximation near x=5x=5 to be f(x)≈3x−9f(x) \approx 3x-9.

(a) What is f(5)f(5)? (b) What is f′(5)f'(5)? (c) What is f(0)f(0)?

정답·풀이 보기

선형 근사는 L(x)=3x−9L(x)=3x-9 이다. x=5x=5 에서 근사하므로 f(5)=L(5)f(5)=L(5) 이고 f′(5)=L′(5)f'(5)=L'(5) 이다. 그러나 x≠5x \neq 5 일 때 f(x)f(x) 와 L(x)L(x) 의 값이 같다는 보장은 없다. 따라서

(a) f(5)=L(5)=6f(5)=L(5)=6

(b) f′(5)=L′(5)=3f'(5)=L'(5)=3

(c) f(0)f(0) 을 구하기에는 정보가 충분하지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

The linear approximation is L(x)=3x−9L(x)=3x-9. Since we're approximating at x=5x=5, f(5)=L(5)f(5)=L(5), and f′(5)=L′(5)f'(5)=L'(5). However, there is no guarantee that f(x)f(x) and L(x)L(x) have the same value when x≠5x \neq 5. So:

(a) f(5)=L(5)=6f(5)=L(5)=6

(b) f′(5)=L′(5)=3f'(5)=L'(5)=3

(c) there is not enough information to find f(0)f(0).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.8절 · 8번
# 선형근사와 미분소계산기본자동 분류
4.CLP-1 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

함수 f(x)=2x+5f(x)=2x+5 의 x=ax=a 에서의 선형 근사를 구하세요.

영어 원문 보기

What is the linear approximation of the function f(x)=2x+5f(x)=2x+5 about x=ax=a?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

임의의 상수 aa 에 대해 f(a)=(2a+5)f(a)=(2a+5) 이고 f′(a)=2f'(a)=2 이므로, 근사하면 f(x)≈(2a+5)+2(x−a)=2x+5f(x) \approx (2a+5)+2(x-a)=2x+5

f(x)f(x) 자체가 일차함수이므로 선형 근사는 사실 f(x)f(x) 그 자체이다. 따라서 선형 근사는 모든 xx 의 값에 대해 완벽하게 정확하다.

원본 교재 풀이(영어)

For any constant aa, f(a)=(2a+5)f(a)=(2a+5), and f′(a)=2f'(a)=2, so our approximation gives us f(x)≈(2a+5)+2(x−a)=2x+5f(x) \approx (2a+5)+2(x-a)=2x+5

Since f(x)f(x) itself is a linear function, the linear approximation is actually just f(x)f(x) itself. As a consequence, the linear approximation is perfectly accurate for all values of xx.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 2번
# 선형근사와 미분소계산기본자동 분류