문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

극한·미분 심화 전체 문제

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525문제 · 24 / 27쪽

461.CLP-1 · 2.12절 · 8번대학 수준우리말 번역

f(x)=arcsec(−x2−2)f(x)=\mathop{\mathrm{arcsec}}(-x^2-2) 를 미분하세요. f(x)f(x) 의 정의역은 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=arcsec(−x2−2)f(x)=\mathop{\mathrm{arcsec}}(-x^2-2). What is the domain of f(x)f(x)?

정답·풀이 보기

arcsecx\mathop{\mathrm{arcsec}} x 의 정의역은 ∣x∣≥1|x| \geq 1 이다. 즉, 아크시컨트에는 절댓값이 1 이상인 값만 대입할 수 있다. −x2−2≤−2-x^2-2 \leq -2 이므로 모든 실수 xx 에 대해 아크시컨트에 대입할 수 있는 값이 된다. 따라서 f(x)f(x) 의 정의역은 모든 실수이다.

미분하기 위해 연쇄 법칙(합성함수의 미분법)을 이용한다. ddx{arcsecx}=1∣x∣x2−1\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\mathop{\mathrm{arcsec}} x\right\} = \dfrac{1}{|x|\sqrt{x^2-1}} 임을 기억하자.

ddx{arcsec(−x2−2)}=1∣−x2−2∣(−x2−2)2−1⋅(−2x)=−2x(x2+2)x4+4x2+3.\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\mathop{\mathrm{arcsec}}(-x^2-2)\right\}&= \dfrac{1}{|-x^2-2|\sqrt{(-x^2-2)^2-1}}\cdot(-2x)\\ &=\dfrac{-2x}{(x^2+2)\sqrt{x^4+4x^2+3}}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The domain of arcsecx\mathop{\mathrm{arcsec}} x is ∣x∣≥1|x| \geq 1: that is, we can plug into arcsecant only values with absolute value greater than or equal to one. Since −x2−2≤−2-x^2-2 \leq -2, every real value of xx gives us an acceptable value to plug into arcsecant. So, the domain of f(x)f(x) is all real numbers.

To differentiate, we use the chain rule. Remember ddx{arcsecx}=1∣x∣x2−1\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\mathop{\mathrm{arcsec}} x\right\} = \dfrac{1}{|x|\sqrt{x^2-1}}.

ddx{arcsec(−x2−2)}=1∣−x2−2∣(−x2−2)2−1⋅(−2x)=−2x(x2+2)x4+4x2+3.\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\mathop{\mathrm{arcsec}}(-x^2-2)\right\}&= \dfrac{1}{|-x^2-2|\sqrt{(-x^2-2)^2-1}}\cdot(-2x)\\ &=\dfrac{-2x}{(x^2+2)\sqrt{x^4+4x^2+3}}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 10번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
462.CLP-1 · 2.12절 · 9번대학 수준우리말 번역

aa 가 0이 아닌 상수일 때, f(x)=1aarctan⁡(xa)f(x)=\dfrac{1}{a}\arctan\left(\dfrac{x}{a}\right) 를 미분하세요. f(x)f(x) 의 정의역을 구하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=1aarctan⁡(xa)f(x)=\dfrac{1}{a}\arctan\left(\dfrac{x}{a}\right), where aa is a nonzero constant. What is the domain of f(x)f(x)?

정답·풀이 보기

aa 가 상수임에 유의하여 연쇄 법칙을 이용한다.

ddx{1aarctan⁡(xa)}=1a⋅11+(xa)2⋅1a=1a2+x2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{a}\arctan\left(\dfrac{x}{a}\right)\right\}&= \frac{1}{a}\cdot\frac{1}{1+\left(\frac{x}{a}\right)^2}\cdot \frac{1}{a}\\ &=\frac{1}{a^2+x^2} \end{aligned}

아크탄젠트의 정의역은 모든 실수이므로 f(x)f(x) 의 정의역도 모든 실수이다.

원본 교재 풀이(영어)

We use the chain rule, remembering that aa is a constant.

ddx{1aarctan⁡(xa)}=1a⋅11+(xa)2⋅1a=1a2+x2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{a}\arctan\left(\dfrac{x}{a}\right)\right\}&= \frac{1}{a}\cdot\frac{1}{1+\left(\frac{x}{a}\right)^2}\cdot \frac{1}{a}\\ &=\frac{1}{a^2+x^2} \end{aligned}

The domain of arctangent is all real numbers, so the domain of f(x)f(x) is also all real numbers.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 8번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
463.CLP-1 · 2.12절 · 10번대학 수준우리말 번역

f(x)=xarcsin⁡x+1−x2f(x)=x\arcsin x + \sqrt{1-x^2} 을 미분하세요. f(x)f(x) 의 정의역을 구하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=xarcsin⁡x+1−x2f(x)=x\arcsin x + \sqrt{1-x^2}. What is the domain of f(x)f(x)?

정답·풀이 보기

곱의 미분법과 연쇄 법칙을 이용하여 미분한다.

ddx{xarcsin⁡x+1−x2}=arcsin⁡x+x1−x2+−2x21−x2=arcsin⁡x\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ x\arcsin x + \sqrt{1-x^2}\right\}&= \arcsin x + \frac{x}{\sqrt{1-x^2}}+ \frac{-2x}{2\sqrt{1-x^2}}\\ &=\arcsin x \end{aligned}

arcsin⁡x\arcsin x 의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이고, 1−x2\sqrt{1-x^2} 의 정의역은 1−x2≥01-x^2 \geq 0 을 만족하는 모든 xx, 즉 [−1,1][-1,1] 에 속하는 xx 이다. 따라서 f(x)f(x) 의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We differentiate using the product and chain rules.

ddx{xarcsin⁡x+1−x2}=arcsin⁡x+x1−x2+−2x21−x2=arcsin⁡x\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ x\arcsin x + \sqrt{1-x^2}\right\}&= \arcsin x + \frac{x}{\sqrt{1-x^2}}+ \frac{-2x}{2\sqrt{1-x^2}}\\ &=\arcsin x \end{aligned}

The domain of arcsin⁡x\arcsin x is [−1,1][-1,1], and the domain of 1−x2\sqrt{1-x^2} is all values of xx so that 1−x2≥01-x^2 \geq 0, so xx in [−1,1][-1,1]. Therefore, the domain of f(x)f(x) is [−1,1][-1,1].

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 11번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
464.CLP-1 · 2.12절 · 11번대학 수준우리말 번역

y=arctan⁡(x2)y=\arctan (x^2) 의 접선이 수평이 되는 xx 의 값을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

For which values of xx is the tangent line to y=arctan⁡(x2)y=\arctan (x^2) horizontal?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

연쇄 법칙을 이용하여 미분한다.

ddx{arctan⁡(x2)}=2x1+x4\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan(x^2)\}&=\frac{2x}{1+x^4} \end{aligned}

이 값이 0이 되는 것은 x=0x=0 일 때뿐이다.

원본 교재 풀이(영어)

We differentiate using the chain rule:

ddx{arctan⁡(x2)}=2x1+x4\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan(x^2)\}&=\frac{2x}{1+x^4} \end{aligned}

This is zero exactly when x=0x=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 12번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
465.CLP-1 · 2.12절 · 12번대학 수준우리말 번역

ddx{arcsin⁡x+arccos⁡x}\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arcsin x + \arccos x\} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ddx{arcsin⁡x+arccos⁡x}\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arcsin x + \arccos x\}.

정답·풀이 보기

이 절에서 외워 두어야 할 공식을 이용하면, ddx{arcsin⁡x+arccos⁡x}=11−x2+−11−x2=0\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arcsin x + \arccos x\}=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}+\frac{-1}{\sqrt{1-x^2}}=0

참고: 도함수가 모든 곳에서 0인 함수는 상수 함수뿐이므로, arcsin⁡x+arccos⁡x\arcsin x + \arccos x 는 상수이어야 한다. sin⁡θ=cos⁡(π2−θ)\sin \theta = \cos \left(\frac{\pi}{2}-\theta\right) 이므로 다음과 같이 놓을 수 있다.

sin⁡θ=xcos⁡(π2−θ)=x여기서 x 와 θ 는 두 식에서 서로 같고, −π2≤θ≤π2 이다. 그러면arcsin⁡x=θarccos⁡x=π2−θ여기서 아크사인은 사인 함수를 [−π2,π2] 로  제한한 함수의 역함수임에 주의한다. 따라서 θ 를 이 정의역으로 제한했으므로 sin⁡θ=x 이면 실제로 arcsin⁡x=θ 이다. (이것이 왜 중요한지 보여 주는 예로, sin⁡(2π)=0 이지만 arcsin⁡(0)=0≠2π 이다.) 마찬가지로 아크코사인은 코사인 함수를 [0,π] 로 제한한 함수의 역함수이다. −π2≤θ≤π2 이면 0≤(π2−θ)≤π 이므로, cos⁡(π2−θ)=x 이면 실제로 arccos⁡x=π2−θ 이다.\begin{aligned} \sin\theta&=x & \cos\left(\frac{\pi}{2}-\theta\right)&=x\\ \text{여기서 $x$ 와 $\theta$ 는 두 식에서 서로 같고, $-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$ 이다. 그러면} \\ \arcsin x &=\theta & \arccos x &= \frac{\pi}{2}-\theta \\ \text{여기서 아크사인은 사인 함수를 $\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]$ 로 \textit{ 제한한} 함수의 역함수임에 주의한다. 따라서 $\theta$ 를 이 정의역으로 제한했으므로 $\sin \theta=x$ 이면 실제로 $\arcsin x = \theta$ 이다. (이것이 왜 중요한지 보여 주는 예로, $\sin(2\pi)=0$ 이지만 $\arcsin (0)=0 \neq 2\pi$ 이다.) 마찬가지로 아크코사인은 코사인 함수를 $[0,\pi]$ 로 제한한 함수의 역함수이다. $-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$ 이면 $0 \leq (\frac{\pi}{2}-\theta) \leq \pi$ 이므로, $\cos\left(\frac{\pi}{2}- \theta\right) =x$ 이면 실제로 $\arccos x=\frac{\pi}{2}-\theta$ 이다.} \\ \end{aligned}

따라서 arcsin⁡x+arccos⁡x=θ+π2−θ=π2\arcsin x+\arccos x =\theta+\frac{\pi}{2}-\theta =\frac{\pi}{2} 이므로, 우리가 계산하던 도함수는 사실 ddx{π2}=0\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\dfrac{\pi}{2}\right\}=0 일 뿐이다.

원본 교재 풀이(영어)

Using formulas you should memorize from this section, ddx{arcsin⁡x+arccos⁡x}=11−x2+−11−x2=0\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arcsin x + \arccos x\}=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}+\frac{-1}{\sqrt{1-x^2}}=0

Remark: the only functions with derivative equal to zero everywhere are constant functions, so arcsin⁡x+arccos⁡x\arcsin x + \arccos x should be a constant. Since sin⁡θ=cos⁡(π2−θ)\sin \theta = \cos \left(\frac{\pi}{2}-\theta\right), we can set

sin⁡θ=xcos⁡(π2−θ)=xwhere x and θ are the same in both expressions, and −π2≤θ≤π2. Thenarcsin⁡x=θarccos⁡x=π2−θWe note here that arcsine is the inverse of the sine function  restricted to [−π2,π2]. So, since we restricted θ to this domain, sin⁡θ=x really does imply arcsin⁡x=θ. (For an example of why this matters, note sin⁡(2π)=0, but arcsin⁡(0)=0≠2π.) Similarly, arccosine is the inverse of the cosine function restricted to [0,π]. Since −π2≤θ≤π2, then 0≤(π2−θ)≤π, so cos⁡(π2−θ)=x really does imply arccos⁡x=π2−θ.\begin{aligned} \sin\theta&=x & \cos\left(\frac{\pi}{2}-\theta\right)&=x\\ \text{where $x$ and $\theta$ are the same in both expressions, and $-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$. Then} \\ \arcsin x &=\theta & \arccos x &= \frac{\pi}{2}-\theta \\ \text{We note here that arcsine is the inverse of the sine function \textit{ restricted to} $\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]$. So, since we restricted $\theta$ to this domain, $\sin \theta=x$ really does imply $\arcsin x = \theta$. (For an example of why this matters, note $\sin(2\pi)=0$, but $\arcsin (0)=0 \neq 2\pi$.) Similarly, arccosine is the inverse of the cosine function restricted to $[0,\pi]$. Since $-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$, then $0 \leq (\frac{\pi}{2}-\theta) \leq \pi$, so $\cos\left(\frac{\pi}{2}- \theta\right) =x$ really does imply $\arccos x=\frac{\pi}{2}-\theta$.} \\ \end{aligned}

So, arcsin⁡x+arccos⁡x=θ+π2−θ=π2\arcsin x+\arccos x =\theta+\frac{\pi}{2}-\theta =\frac{\pi}{2} which means the derivative we were calculating was actually just ddx{π2}=0\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\dfrac{\pi}{2}\right\}=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 13번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
466.CLP-1 · 2.12절 · 13번대학 수준우리말 번역

y=arcsin⁡ ⁣(1x)y=\arcsin \!\big(\frac{1}{x}\big) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Find the derivative of y=arcsin⁡ ⁣(1x)y=\arcsin \!\big(\frac{1}{x}\big).

정답·풀이 보기

연쇄 법칙을 이용하면, y′=−1x21−(1x)2=−1x21−1x2.y'=\frac{-{\frac{1}{ x^2}}}{\sqrt{1-\left({\frac{1}{ x}}\right)^2}}=\frac{-1}{x^2\sqrt{1-\frac{1}{x^2}}}.

원본 교재 풀이(영어)

Using the chain rule, y′=−1x21−(1x)2=−1x21−1x2.y'=\frac{-{\frac{1}{ x^2}}}{\sqrt{1-\left({\frac{1}{ x}}\right)^2}}=\frac{-1}{x^2\sqrt{1-\frac{1}{x^2}}}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 3번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
467.CLP-1 · 2.12절 · 14번대학 수준우리말 번역

y=arctan⁡(1x)y=\arctan \big(\frac{1}{x}\big) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Find the derivative of y=arctan⁡(1x)y=\arctan \big(\frac{1}{x}\big).

정답·풀이 보기

연쇄 법칙을 이용하면, y′=−1x21+(1x)2=−1x2+1.y'=\frac{-{\frac{1}{ x^2}}}{1+\left({\frac{1}{ x}}\right)^2}=\frac{-1}{x^2+1}.

원본 교재 풀이(영어)

Using the chain rule, y′=−1x21+(1x)2=−1x2+1.y'=\frac{-{\frac{1}{ x^2}}}{1+\left({\frac{1}{ x}}\right)^2}=\frac{-1}{x^2+1}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 2번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
468.CLP-1 · 2.12절 · 15번대학 수준우리말 번역

(1+x2)arctan⁡x(1+x^2)\arctan x 의 도함수를 구하고 간단히 하세요.

영어 원문 보기

Calculate and simplify the derivative of (1+x2)arctan⁡x(1+x^2)\arctan x.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

곱의 미분법을 이용하면:

ddx{(1+x2)arctan⁡x}=2xarctan⁡x+(1+x2)11+x2=2xarctan⁡x+1\begin{aligned} \displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(1+x^2)\arctan x\right\} &=2x\arctan x+(1+x^2)\frac{1}{1+x^2}\\ &=2x\arctan x+1\end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Using the product rule:

ddx{(1+x2)arctan⁡x}=2xarctan⁡x+(1+x2)11+x2=2xarctan⁡x+1\begin{aligned} \displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(1+x^2)\arctan x\right\} &=2x\arctan x+(1+x^2)\frac{1}{1+x^2}\\ &=2x\arctan x+1\end{aligned}

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

ddx{sin⁡(arctan⁡(x))}=(x2+1)−3/2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin\left(\arctan(x) \right)\right\} = (x^2+1)^{-3/2} 임을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that ddx{sin⁡(arctan⁡(x))}=(x2+1)−3/2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin\left(\arctan(x) \right)\right\} = (x^2+1)^{-3/2}.

정답·풀이 보기

θ=arctan⁡x\theta = \arctan x 라 하자. 그러면 θ\theta 는 tan⁡θ=x\tan \theta = x 를 만족하는 직각삼각형의 한 각이다. 특히 반대변과 인접변의 길이의 비는 xx 이다. 따라서 다음과 같은 삼각형을 얻는다.

그림

여기서 빗변의 길이는 피타고라스 정리에서 얻은 것이다. 이제, sin⁡(arctan⁡x)=sin⁡θ=opphyp=xx2+1\sin\left(\arctan x\right) = \sin \theta = \frac{\text{opp}}{\text{hyp}} = \frac{x}{\sqrt{x^2+1}} 이로부터 몫의 미분법을 이용하여 미분하면 다음과 같다.

ddx{xx2+1}=x2+1−x2x2x2+1x2+1=(x2+1−x2x2+1x2+1)⋅x2+1x2+1=(x2+1)−x2(x2+1)3/2=1(x2+1)3/2=(x2+1)−3/2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{x}{\sqrt{x^2+1}} \right\}&= \frac{\sqrt{x^2+1}-x\frac{2x}{2\sqrt{x^2+1}}}{x^2+1}\\ &=\left(\frac{\sqrt{x^2+1}-\frac{x^2}{\sqrt{x^2+1}}}{x^2+1}\right)\cdot\frac{\sqrt{x^2+1}}{\sqrt{x^2+1}}\\ &=\frac{(x^2+1)-x^2}{(x^2+1)^{3/2}}\\ &=\frac{1}{(x^2+1)^{3/2}}=(x^2+1)^{-3/2} \end{aligned}

참고: 또 다른 방법은 먼저 합성함수의 미분법을 이용하여 미분한 다음, 삼각형을 그려서 얻은 식을 간단히 하는 것이다. ddx{sin⁡(arctan⁡x)}=cos⁡(arctan⁡x)1+x2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin\left(\arctan x\right)\right\}=\dfrac{\cos(\arctan x)}{1+x^2}.

원본 교재 풀이(영어)

Let θ=arctan⁡x\theta = \arctan x. Then θ\theta is the angle of a right triangle that gives tan⁡θ=x\tan \theta = x. In particular, the ratio of the opposite side to the adjacent side is xx. So, we have a triangle that looks like this:

figure

where the length of the hypotenuse came from the Pythagorean Theorem. Now, sin⁡(arctan⁡x)=sin⁡θ=opphyp=xx2+1\sin\left(\arctan x\right) = \sin \theta = \frac{\text{opp}}{\text{hyp}} = \frac{x}{\sqrt{x^2+1}} From here, we differentiate using the quotient rule:

ddx{xx2+1}=x2+1−x2x2x2+1x2+1=(x2+1−x2x2+1x2+1)⋅x2+1x2+1=(x2+1)−x2(x2+1)3/2=1(x2+1)3/2=(x2+1)−3/2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{x}{\sqrt{x^2+1}} \right\}&= \frac{\sqrt{x^2+1}-x\frac{2x}{2\sqrt{x^2+1}}}{x^2+1}\\ &=\left(\frac{\sqrt{x^2+1}-\frac{x^2}{\sqrt{x^2+1}}}{x^2+1}\right)\cdot\frac{\sqrt{x^2+1}}{\sqrt{x^2+1}}\\ &=\frac{(x^2+1)-x^2}{(x^2+1)^{3/2}}\\ &=\frac{1}{(x^2+1)^{3/2}}=(x^2+1)^{-3/2} \end{aligned}

Remark: another strategy is to differentiate first, using the chain rule, then draw a triangle to simplify the resulting expression ddx{sin⁡(arctan⁡x)}=cos⁡(arctan⁡x)1+x2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin\left(\arctan x\right)\right\}=\dfrac{\cos(\arctan x)}{1+x^2}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 17번
# 역삼각함수의 미분증명·논술보통자동 분류
470.CLP-1 · 2.12절 · 17번대학 수준우리말 번역

ddx{cot⁡(arcsin⁡(x))}=−1x21−x2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\cot\left(\arcsin(x) \right)\right\} = \dfrac{-1}{x^2\sqrt{1-x^2}} 임을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that ddx{cot⁡(arcsin⁡(x))}=−1x21−x2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\cot\left(\arcsin(x) \right)\right\} = \dfrac{-1}{x^2\sqrt{1-x^2}}.

정답·풀이 보기

θ=arcsin⁡x\theta = \arcsin x 라 하자. 그러면 θ\theta 는 sin⁡θ=x\sin \theta = x 를 만족하는 직각삼각형의 한 각이다. 특히 빗변에 대한 반대쪽 변의 길이의 비가 xx 이다. 따라서 다음과 같은 삼각형을 얻는다:

그림

여기서 이웃한 변의 길이는 피타고라스 정리로부터 얻은 것이다. 이제, cot⁡(arcsin⁡x)=cot⁡θ=adjopp=1−x2x\cot\left(\arcsin x\right) = \cot \theta = \frac{\text{adj}}{\text{opp}} = \frac{\sqrt{1-x^2}}{x} 여기서부터 몫의 미분법을 이용하여 미분한다:

ddx{1−x2x}=x−2x21−x2−1−x2x2=−x2−(1−x2)x21−x2=−1x21−x2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{\sqrt{1-x^2}}{x} \right\}&= \frac{x\frac{-2x}{2\sqrt{1-x^2}}-\sqrt{1-x^2}}{x^2}\\ &=\frac{-x^2-(1-x^2)}{x^2\sqrt{1-x^2}}\\ &=\frac{-1}{x^2\sqrt{1-x^2}} \end{aligned}

참고: 다른 방법으로는 먼저 연쇄 법칙(합성함수의 미분법)을 이용하여 미분한 다음, 삼각형을 그려 얻어진 식을 간단히 할 수 있다. ddx{cot⁡(arcsin⁡x)}=−csc⁡2(arcsin⁡x)1−x2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\cot\left(\arcsin x\right)\right\}=\frac{-\csc^2(\arcsin x)}{\sqrt{1-x^2}}.

원본 교재 풀이(영어)

Let θ=arcsin⁡x\theta = \arcsin x. Then θ\theta is the angle of a right triangle that gives sin⁡θ=x\sin \theta = x. In particular, the ratio of the opposite side to the hypotenuse is xx. So, we have a triangle that looks like this:

figure

where the length of the adjacent side came from the Pythagorean Theorem. Now, cot⁡(arcsin⁡x)=cot⁡θ=adjopp=1−x2x\cot\left(\arcsin x\right) = \cot \theta = \frac{\text{adj}}{\text{opp}} = \frac{\sqrt{1-x^2}}{x} From here, we differentiate using the quotient rule:

ddx{1−x2x}=x−2x21−x2−1−x2x2=−x2−(1−x2)x21−x2=−1x21−x2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{\sqrt{1-x^2}}{x} \right\}&= \frac{x\frac{-2x}{2\sqrt{1-x^2}}-\sqrt{1-x^2}}{x^2}\\ &=\frac{-x^2-(1-x^2)}{x^2\sqrt{1-x^2}}\\ &=\frac{-1}{x^2\sqrt{1-x^2}} \end{aligned}

Remark: another strategy is to differentiate first, using the chain rule, then draw a triangle to simplify the resulting expression ddx{cot⁡(arcsin⁡x)}=−csc⁡2(arcsin⁡x)1−x2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\cot\left(\arcsin x\right)\right\}=\frac{-\csc^2(\arcsin x)}{\sqrt{1-x^2}}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 7번
# 역삼각함수의 미분증명·논술보통자동 분류
471.CLP-1 · 2.12절 · 18번대학 수준우리말 번역

곡선 y=arcsin⁡xy=\arcsin x 위의 점 중에서 접선이 직선 y=2x+9y=2x+9 와 평행한 점을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

Determine all points on the curve y=arcsin⁡xy=\arcsin x where the tangent line is parallel to the line y=2x+9y=2x+9.

정답·풀이 보기

직선 y=2x+9y=2x+9 의 기울기는 22 이므로, ddx{arcsin⁡x}=2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arcsin x\}=2 를 만족하는 −1-1 과 11 사이의 모든 xx 의 값을 구해야 한다(arcsin⁡x\arcsin x 는 이 범위의 xx 에 대해서만 정의된다). 도함수를 계산하면:

y=arcsin⁡x2=y′=11−x24=11−x214=1−x2x2=34x=±32(x,y)=±(32,π3)\begin{aligned} y&=\arcsin x\\ 2=y'&=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\\ 4&=\frac{1}{1-x^2}\\ \frac{1}{4}&=1-x^2\\ x^2&=\frac{3}{4}\\ x&=\pm\frac{\sqrt{3}}{2}\\ (x,y)&=\pm\big(\frac{\sqrt{3}}{2},\frac{\pi}{3}\big) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The line y=2x+9y=2x+9 has slope 22, so we must find all values of xx between −1-1 and 11 (arcsin⁡x\arcsin x is only defined for these values of xx) for which ddx{arcsin⁡x}=2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arcsin x\}=2. Evaluating the derivative:

y=arcsin⁡x2=y′=11−x24=11−x214=1−x2x2=34x=±32(x,y)=±(32,π3)\begin{aligned} y&=\arcsin x\\ 2=y'&=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\\ 4&=\frac{1}{1-x^2}\\ \frac{1}{4}&=1-x^2\\ x^2&=\frac{3}{4}\\ x&=\pm\frac{\sqrt{3}}{2}\\ (x,y)&=\pm\big(\frac{\sqrt{3}}{2},\frac{\pi}{3}\big) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 19번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
472.CLP-1 · 2.12절 · 19번대학 수준우리말 번역

함수 f(x)=arctan⁡(csc⁡x)f(x)=\arctan(\csc x) 의 접선이 수평이 되는 xx 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

For which values of xx does the function f(x)=arctan⁡(csc⁡x)f(x)=\arctan(\csc x) have a horizontal tangent line?

정답·풀이 보기

연쇄 법칙(합성함수의 미분법)을 이용하여 미분한다:

ddx{arctan⁡(csc⁡x)}=11+csc⁡2x⋅ddx{csc⁡x}=−csc⁡xcot⁡x1+csc⁡2x=−1sin⁡x⋅cos⁡xsin⁡x1+(1sin⁡x)2=−cos⁡xsin⁡2x+1\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan(\csc x)\}&=\frac{1}{1+\csc^2x}\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\csc x\}\\ &=\frac{-\csc x \cot x}{1+\csc^2x}\\ &=\frac{-\frac{1}{\sin x}\cdot \frac{\cos x}{\sin x}}{1+\left(\frac{1}{\sin x}\right)^2}\\ &=\frac{-\cos x}{\sin^2x+1} \end{aligned}

따라서 f′(x)=0f'(x)=0 이면 cos⁡x=0\cos x=0 이고, 이는 임의의 정수 nn 에 대해 x=(2n+1)π2x=\dfrac{(2n+1)\pi}{2} 일 때 성립한다. 이 점들이 ff 의 정의역에 속하는지 확인해야 한다. 아크탄젠트는 모든 실수에서 정의되므로 코시컨트의 정의역만 확인하면 된다. x=(2n+1)π2x=\dfrac{(2n+1)\pi}{2} 일 때 sin⁡x=±1≠0\sin x=\pm1 \neq 0 이므로 csc⁡x=1sin⁡x\csc x = \dfrac{1}{\sin x} 가 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

We differentiate using the chain rule:

ddx{arctan⁡(csc⁡x)}=11+csc⁡2x⋅ddx{csc⁡x}=−csc⁡xcot⁡x1+csc⁡2x=−1sin⁡x⋅cos⁡xsin⁡x1+(1sin⁡x)2=−cos⁡xsin⁡2x+1\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan(\csc x)\}&=\frac{1}{1+\csc^2x}\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\csc x\}\\ &=\frac{-\csc x \cot x}{1+\csc^2x}\\ &=\frac{-\frac{1}{\sin x}\cdot \frac{\cos x}{\sin x}}{1+\left(\frac{1}{\sin x}\right)^2}\\ &=\frac{-\cos x}{\sin^2x+1} \end{aligned}

So if f′(x)=0f'(x)=0, then cos⁡x=0\cos x=0, and this happens when x=(2n+1)π2x=\dfrac{(2n+1)\pi}{2} for any integer nn. We should check that these points are in the domain of ff. Arctangent is defined for all real numbers, so we only need to check the domain of cosecant; when x=(2n+1)π2x=\dfrac{(2n+1)\pi}{2}, then sin⁡x=±1≠0\sin x=\pm1 \neq 0, so csc⁡x=1sin⁡x\csc x = \dfrac{1}{\sin x} exists.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 9번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
473.CLP-1 · 2.12절 · 20번대학 수준우리말 번역

f(x)=x+cos⁡xf(x) = x + \cos x 라 하고, g(y)=f−1(y)g(y) = f^{-1}(y) 를 역함수라 하자. g′(y)g'(y) 를 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=x+cos⁡xf(x) = x + \cos x, and let g(y)=f−1(y)g(y) = f^{-1}(y) be the inverse function. Determine g′(y)g'(y).

정답·풀이 보기

g(y)=f−1(y)g(y)=f^{-1}(y) 이므로

f(g(y))=f(f−1(y))=y이제 연쇄 법칙을 이용하여 y 에 대해 미분할 수 있다.ddy{f(g(y))}=ddy{y}f′(g(y))⋅g′(y)=1g′(y)=1f′(g(y))=11−sin⁡g(y)\begin{aligned} f(g(y))&=f\left(f^{-1}(y)\right)=y \\ \text{이제 연쇄 법칙을 이용하여 $y$ 에 대해 미분할 수 있다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\left\{f(g(y))\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\{y\}\\ f'(g(y))\cdot g'(y)&=1\\ g'(y)&=\frac{1}{f'(g(y))}=\frac{1}{1-\sin g(y)} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Since g(y)=f−1(y)g(y)=f^{-1}(y),

f(g(y))=f(f−1(y))=yNow, we can differentiate with respect to y using the chain rule.ddy{f(g(y))}=ddy{y}f′(g(y))⋅g′(y)=1g′(y)=1f′(g(y))=11−sin⁡g(y)\begin{aligned} f(g(y))&=f\left(f^{-1}(y)\right)=y \\ \text{Now, we can differentiate with respect to $y$ using the chain rule.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\left\{f(g(y))\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\{y\}\\ f'(g(y))\cdot g'(y)&=1\\ g'(y)&=\frac{1}{f'(g(y))}=\frac{1}{1-\sin g(y)} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 23번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
474.CLP-1 · 2.12절 · 21번대학 수준우리말 번역

f(x)=2x−sin⁡(x)f(x) = 2x-\sin(x) 는 일대일함수이다. (f−1)′(π−1)\big(f^{-1}\big)'(\pi-1) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

f(x)=2x−sin⁡(x)f(x) = 2x-\sin(x) is one–to–one. Find (f−1)′(π−1)\big(f^{-1}\big)'(\pi-1).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

g(y)=f−1(y)g(y)=f^{-1}(y) 라 하자. 그러면 g(f(x))=xg(f(x))=x 이므로 양변을 (연쇄 법칙을 이용하여) 미분하면 다음을 얻는다.

g′(f(x))⋅f′(x)=1우리가 구하려는 것은 g′(π−1) 이므로 f(x)=π−1 을 만족하는 x 의 값을 알아내야 한다. 약간의 시행착오를 거치면 x=π2 임을 알 수 있다.g′(π−1)⋅f′(π2)=1f′(x)=2−cos⁡(x) 이므로 f′(π2)=2−0=2 이다:g′(π−1)⋅2=1g′(π−1)=12\begin{aligned} g'(f(x))\cdot f'(x)=1 \\ \text{우리가 구하려는 것은 $g'(\pi-1)$ 이므로 $f(x)=\pi-1$ 을 만족하는 $x$ 의 값을 알아내야 한다. 약간의 시행착오를 거치면 $x=\frac{\pi}{2}$ 임을 알 수 있다.} \\ g'(\pi-1)\cdot f'\left(\frac{\pi}{2}\right)&=1 \\ \text{$f'(x)=2-\cos(x)$ 이므로 $f'\left(\frac{\pi}{2}\right)=2-0=2$ 이다:} \\ g'(\pi-1)\cdot 2&=1\\ g'(\pi-1)=\frac{1}{2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Write g(y)=f−1(y)g(y)=f^{-1}(y). Then g(f(x))=xg(f(x))=x, so differentiating both sides (using the chain rule), we see

g′(f(x))⋅f′(x)=1What we want is g′(π−1), so we need to figure out which value of x gives f(x)=π−1. A little trial and error leads us to x=π2.g′(π−1)⋅f′(π2)=1Since f′(x)=2−cos⁡(x), f′(π2)=2−0=2:g′(π−1)⋅2=1g′(π−1)=12\begin{aligned} g'(f(x))\cdot f'(x)=1 \\ \text{What we want is $g'(\pi-1)$, so we need to figure out which value of $x$ gives $f(x)=\pi-1$. A little trial and error leads us to $x=\frac{\pi}{2}$.} \\ g'(\pi-1)\cdot f'\left(\frac{\pi}{2}\right)&=1 \\ \text{Since $f'(x)=2-\cos(x)$, $f'\left(\frac{\pi}{2}\right)=2-0=2$:} \\ g'(\pi-1)\cdot 2&=1\\ g'(\pi-1)=\frac{1}{2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 20번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
475.CLP-1 · 2.12절 · 22번대학 수준우리말 번역

f(x)=ex+xf(x) = e^x+x 는 일대일함수이다. (f−1)′(e+1)\big(f^{-1}\big)'(e+1) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

f(x)=ex+xf(x) = e^x+x is one–to–one. Find (f−1)′(e+1)\big(f^{-1}\big)'(e+1).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

g(y)=f−1(y)g(y)=f^{-1}(y) 라 하자. 그러면 g(f(x))=xg(f(x))=x 이므로 양변을 (연쇄 법칙을 이용하여) 미분하면 다음을 얻는다.

g′(f(x))f′(x)=1우리가 구하려는 것은 g′(e+1) 이므로 f(x)=e+1 을 만족하는 x 의 값을 알아내야 한다. 약간의 시행착오를 거치면 x=1 임을 알 수 있다.g′(f(1))f′(1)=1g′(e+1)⋅f′(1)=1g′(e+1)=1f′(1)마지막으로 f′(x)=ex+1 이므로 f′(1)=e+1 임에 주목하면 된다.g′(e+1)=1e+1\begin{aligned} g'(f(x))f'(x)&=1 \\ \text{우리가 구하려는 것은 $g'(e+1)$ 이므로 $f(x)=e+1$ 을 만족하는 $x$ 의 값을 알아내야 한다. 약간의 시행착오를 거치면 $x=1$ 임을 알 수 있다.} \\ g'(f(1))f'(1)&=1\\ g'(e+1)\cdot f'(1)&=1\\ g'(e+1) &= \frac{1}{f'(1)} \\ \text{마지막으로 $f'(x)=e^x+1$ 이므로 $f'(1)=e+1$ 임에 주목하면 된다.} \\ g'(e+1)&=\frac{1}{e+1} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Write g(y)=f−1(y)g(y)=f^{-1}(y). Then g(f(x))=xg(f(x))=x, so differentiating both sides (using the chain rule), we see

g′(f(x))f′(x)=1What we want is g′(e+1), so we need to figure out which value of x gives f(x)=e+1. A little trial and error leads us to x=1.g′(f(1))f′(1)=1g′(e+1)⋅f′(1)=1g′(e+1)=1f′(1)It remains only to note that f′(x)=ex+1, so f′(1)=e+1g′(e+1)=1e+1\begin{aligned} g'(f(x))f'(x)&=1 \\ \text{What we want is $g'(e+1)$, so we need to figure out which value of $x$ gives $f(x)=e+1$. A little trial and error leads us to $x=1$.} \\ g'(f(1))f'(1)&=1\\ g'(e+1)\cdot f'(1)&=1\\ g'(e+1) &= \frac{1}{f'(1)} \\ \text{It remains only to note that $f'(x)=e^x+1$, so $f'(1)=e+1$} \\ g'(e+1)&=\frac{1}{e+1} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 25번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
476.CLP-1 · 2.12절 · 23번대학 수준우리말 번역

f(x)=[sin⁡x+2]arcsecxf(x)=[\sin x +2]^{\mathop{\mathrm{arcsec}} x} 을 미분하세요. 이 함수의 정의역은 무엇인가요?

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=[sin⁡x+2]arcsecxf(x)=[\sin x +2]^{\mathop{\mathrm{arcsec}} x}. What is the domain of this function?

정답·풀이 보기

(function)function(\text{function})^{\text{function}} 꼴의 식을 미분하는 표준적인 방법인 로그미분법을 사용한다.

f(x)=[sin⁡x+2]arcsecxlog⁡(f(x))=arcsecx⋅log⁡[sin⁡x+2]f′(x)f(x)=1∣x∣x2−1log⁡[sin⁡x+2]+arcsecx⋅cos⁡xsin⁡x+2f′(x)=[sin⁡x+2]arcsecx(log⁡[sin⁡x+2]∣x∣x2−1+arcsecx⋅cos⁡xsin⁡x+2)\begin{aligned} f(x)&=[\sin x +2]^{\mathop{\mathrm{arcsec}} x}\\ \log(f(x))&=\mathop{\mathrm{arcsec}} x \cdot \log[\sin x +2]\\ \frac{f'(x)}{f(x)}&=\frac{1}{|x|\sqrt{x^2-1}}\log[\sin x +2]+\mathop{\mathrm{arcsec}} x \cdot \frac{\cos x}{\sin x +2}\\ f'(x)&=[\sin x +2]^{\mathop{\mathrm{arcsec}} x}\left(\frac{\log[\sin x +2]}{|x|\sqrt{x^2-1}}+ \frac{\mathop{\mathrm{arcsec}} x \cdot\cos x}{\sin x +2}\right) \end{aligned}

arcsecx\mathop{\mathrm{arcsec}} x 의 정의역은 ∣x∣≥1|x| \geq 1 이다. 모든 xx 에 대해 sin⁡x+2\sin x +2 는 양수이고, 양수는 어떤 거듭제곱이든 할 수 있다. (음수는 아무 거듭제곱이나 할 수 있는 것이 아님을 떠올리자. 예를 들어 (−1)1/2=−1(-1)^{1/2}=\sqrt{-1} 은 실수가 아니다.) 따라서 f(x)f(x) 의 정의역은 ∣x∣≥1|x| \geq 1 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We use logarithmic differentiation, our standard method of differentiating an expression of the form (function)function(\text{function})^{\text{function}}.

f(x)=[sin⁡x+2]arcsecxlog⁡(f(x))=arcsecx⋅log⁡[sin⁡x+2]f′(x)f(x)=1∣x∣x2−1log⁡[sin⁡x+2]+arcsecx⋅cos⁡xsin⁡x+2f′(x)=[sin⁡x+2]arcsecx(log⁡[sin⁡x+2]∣x∣x2−1+arcsecx⋅cos⁡xsin⁡x+2)\begin{aligned} f(x)&=[\sin x +2]^{\mathop{\mathrm{arcsec}} x}\\ \log(f(x))&=\mathop{\mathrm{arcsec}} x \cdot \log[\sin x +2]\\ \frac{f'(x)}{f(x)}&=\frac{1}{|x|\sqrt{x^2-1}}\log[\sin x +2]+\mathop{\mathrm{arcsec}} x \cdot \frac{\cos x}{\sin x +2}\\ f'(x)&=[\sin x +2]^{\mathop{\mathrm{arcsec}} x}\left(\frac{\log[\sin x +2]}{|x|\sqrt{x^2-1}}+ \frac{\mathop{\mathrm{arcsec}} x \cdot\cos x}{\sin x +2}\right) \end{aligned}

The domain of arcsecx\mathop{\mathrm{arcsec}} x is ∣x∣≥1|x| \geq 1. For any xx, sin⁡x+2\sin x +2 is positive, and a positive number can be raised to any power. (Recall negative numbers cannot be raised to any power–for example, (−1)1/2=−1(-1)^{1/2}=\sqrt{-1} is not a real number.) So, the domain of f(x)f(x) is ∣x∣≥1|x| \geq 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 22번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
477.CLP-1 · 2.12절 · 24번대학 수준우리말 번역

아크사인의 도함수가 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} 인지 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} 인지 기억나지 않는다고 하자. 아크사인의 정의역을 통해 이 둘 중 하나가 틀렸음을 알 수 있는 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Suppose you can't remember whether the derivative of arcsine is 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} or 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}}. Describe how the domain of arcsine suggests that one of these is wrong.

정답·풀이 보기

함수 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} 은 x2−1>0x^2-1>0 인 xx 의 값에 대해서만 존재한다. 즉, 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} 의 정의역은 ∣x∣>1|x|>1 이다. 그런데 아크사인의 정의역은 ∣x∣≤1|x| \leq 1 이다. 따라서 arcsin⁡x\arcsin x 와 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} 이 모두 정의되는 xx 의 값은 단 하나도 없다.

만약 arcsin⁡(x)\arcsin(x) 의 도함수가 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} 이라면, arcsin⁡(x)\arcsin(x) 의 도함수는 어디에도 존재하지 않게 된다. 그렇다면 정의역이 맞지 않는 함수를 지어내는 대신 아마도 그냥 “도함수가 존재하지 않는다”라고 썼을 것이다. 또한 함수 f(x)=arcsin⁡(x)f(x)=\arcsin(x) 는 매끄러운 곡선이어서, 정의역의 끝점이 아닌 안쪽의 모든 점에서 도함수가 존재한다. (모든 곡선이 이런 것은 아님을 기억하자. 예를 들어 g(x)=∣x∣g(x)=|x| 는 x=0x=0 에서 미분계수가 존재하지 않는데, x=0x=0 은 정의역의 끝점이 아닌 안쪽에 있는 점이다.) 그러므로 아크사인의 도함수는 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} 이 아니라고 보는 것이 매우 타당하다.

원본 교재 풀이(영어)

The function 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} exists only for those values of xx with x2−1>0x^2-1>0: that is, the domain of 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} is ∣x∣>1|x|>1. However, the domain of arcsine is ∣x∣≤1|x| \leq 1. So, there is not one single value of xx where arcsin⁡x\arcsin x and 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}} are both defined.

If the derivative of arcsin⁡(x)\arcsin(x) were given by 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}}, then the derivative of arcsin⁡(x)\arcsin(x) would not exist anywhere, so we would probably just write “derivative does not exist," instead of making up a function with a mismatched domain. Also, the function f(x)=arcsin⁡(x)f(x)=\arcsin(x) is a smooth curve–its derivative exists at every point strictly inside its domain. (Remember not all curves are like this: for instance, g(x)=∣x∣g(x)=|x| does not have a derivative at x=0x=0, but x=0x=0 is strictly inside its domain.) So, it's a pretty good bet that the derivative of arcsine is not 1x2−1\dfrac{1}{\sqrt{x^2-1}}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 27번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
478.CLP-1 · 2.12절 · 25번대학 수준우리말 번역

lim⁡x→1((x−1)−1(arctan⁡x−π4))\displaystyle \lim_{x\to 1}\left( (x-1)^{-1}\left(\arctan x - \frac{\pi}{4}\right)\right) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→1((x−1)−1(arctan⁡x−π4)).\displaystyle \lim_{x\to 1}\left( (x-1)^{-1}\left(\arctan x - \frac{\pi}{4}\right)\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

이 극한은 함수 f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x 의 x=1x=1 에서의 미분계수를 나타낸다. 이는 a=1a=1 에서의 미분계수의 정의를 이용하면 바로 알 수 있다:

ddx{f(x)}∣a=lim⁡x→af(x)−f(a)x−addx{arctan⁡x}∣1=lim⁡x→1arctan⁡x−arctan⁡1x−1=lim⁡x→1arctan⁡x−π4x−1=lim⁡x→1((x−1)−1(arctan⁡x−π4)).\begin{aligned} \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{f(x)\}\right|_{a} &= \lim_{x \to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a}\\ \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan x\}\right|_{1} &=\lim_{x\to1} \frac{\arctan x-\arctan 1}{x-1}\\ &=\lim_{x\to1} \frac{\arctan x-\frac{\pi}{4}}{x-1}\\ &=\displaystyle \lim_{x\to 1}\left( (x-1)^{-1}\left(\arctan x - \frac{\pi}{4}\right)\right). \end{aligned}

f(x)f(x) 의 도함수가 11+x2\dfrac{1}{1+x^2} 이므로, x=1x=1 에서의 값은 정확히 12\dfrac{1}{2} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

This limit represents the derivative computed at x=1x=1 of the function f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x. To see this, simply use the definition of the derivative at a=1a=1:

ddx{f(x)}∣a=lim⁡x→af(x)−f(a)x−addx{arctan⁡x}∣1=lim⁡x→1arctan⁡x−arctan⁡1x−1=lim⁡x→1arctan⁡x−π4x−1=lim⁡x→1((x−1)−1(arctan⁡x−π4)).\begin{aligned} \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{f(x)\}\right|_{a} &= \lim_{x \to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a}\\ \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan x\}\right|_{1} &=\lim_{x\to1} \frac{\arctan x-\arctan 1}{x-1}\\ &=\lim_{x\to1} \frac{\arctan x-\frac{\pi}{4}}{x-1}\\ &=\displaystyle \lim_{x\to 1}\left( (x-1)^{-1}\left(\arctan x - \frac{\pi}{4}\right)\right). \end{aligned}

Since the derivative of f(x)f(x) is 11+x2\dfrac{1}{1+x^2}, its value at x=1x=1 is exactly 12\dfrac{1}{2}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 24번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
479.CLP-1 · 2.12절 · 26번대학 수준우리말 번역

f(2x+1)=5x−93x+7f(2x+1)=\dfrac{5x-9}{3x+7} 이라고 하자. f−1(7)f^{-1}(7) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f(2x+1)=5x−93x+7f(2x+1)=\dfrac{5x-9}{3x+7}. Evaluate f−1(7)f^{-1}(7).

정답·풀이 보기

먼저 주어진 정보를 해석해 보자. 함수의 입력이 어떤 xx 에 대해 2x+12x+1 이면, 그 출력은 같은 xx 에 대해 5x−93x+7\dfrac{5x-9}{3x+7} 이다. 우리가 값을 구해야 하는 f−1(7)f^{-1}(7) 은 f(y)=7f(y)=7 을 만족하는 수 yy 이다. 함수의 출력이 7이라는 것은 다음을 뜻한다.

7=5x−93x+7그러므로7(3x+7)=5x−9x=−298따라서 x=−298 일 때, 식 f(2x+1)=5x−93x+7 은 다음과 같이 된다:f(2⋅−298+1)=5⋅−298−93⋅−298+7또는, 다시 말해:f(−254)=7\begin{aligned} 7&=\frac{5x-9}{3x+7} \\ \text{그러므로} \\ 7(3x+7)&=5x-9\\ x&=-\frac{29}{8} \\ \text{따라서 $x=-\dfrac{29}{8}$ 일 때, 식 $f(2x+1)=\dfrac{5x-9}{3x+7}$ 은 다음과 같이 된다:} \\ f\left(2\cdot\frac{-29}{8}+1\right)&=\dfrac{5\cdot\frac{-29}{8}-9}{3\cdot\frac{-29}{8}+7} \\ \text{또는, 다시 말해:} \\ f\left(-\frac{25}{4}\right)&=7 \end{aligned}

따라서 f−1(7)=−254f^{-1}(7)=-\dfrac{25}{4} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, let's interpret the given information: when the input of our function is 2x+12x+1 for some xx, then its output is 5x−93x+7\dfrac{5x-9}{3x+7}, for that same xx. We're asked to evaluate f−1(7)f^{-1}(7), which is the number yy with the property that f(y)=7f(y)=7. If the output of our function is 7, that means

7=5x−93x+7and so7(3x+7)=5x−9x=−298So, when x=−298, our equation f(2x+1)=5x−93x+7 becomes:f(2⋅−298+1)=5⋅−298−93⋅−298+7Or, equivalently:f(−254)=7\begin{aligned} 7&=\frac{5x-9}{3x+7} \\ \text{and so} \\ 7(3x+7)&=5x-9\\ x&=-\frac{29}{8} \\ \text{So, when $x=-\dfrac{29}{8}$, our equation $f(2x+1)=\dfrac{5x-9}{3x+7}$ becomes:} \\ f\left(2\cdot\frac{-29}{8}+1\right)&=\dfrac{5\cdot\frac{-29}{8}-9}{3\cdot\frac{-29}{8}+7} \\ \text{Or, equivalently:} \\ f\left(-\frac{25}{4}\right)&=7 \end{aligned}

Therefore, f−1(7)=−254f^{-1}(7)=-\dfrac{25}{4}.

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f−1(4x−1)=2x+3x+1f^{-1}(4x-1)=\dfrac{2x+3}{x+1} 이라 하자. f(0)f(0) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f−1(4x−1)=2x+3x+1f^{-1}(4x-1)=\dfrac{2x+3}{x+1}. Evaluate f(0)f(0).

정답·풀이 보기

f−1(y)=0f^{-1}(y)=0 이면 f(0)=yf(0)=y 라는 뜻이다. 따라서 f−1f^{-1} 에 무엇을 넣어야 0이 되는지 알아내면 된다. f−1f^{-1} 을 변수 xx 에 관한 식으로만 알고 있으므로, 출력이 0이 되게 하는 xx 의 값을 구해 보자:

2x+3x+1=02x+3=0x=−32이제, 등식 f−1(4x−1)=2x+3x+1 에 x=−32 를 대입하면 다음을 얻는다:f−1(4⋅−32−1)=2⋅−32+3−32+1이를 정리하면:f−1(−7)=0\begin{aligned} \frac{2x+3}{x+1}&=0\\ 2x+3&=0\\ x&=-\frac{3}{2} \\ \text{이제, 등식 $f^{-1}(4x-1)=\dfrac{2x+3}{x+1}$ 에 $x=\dfrac{-3}{2}$ 를 대입하면 다음을 얻는다:} \\ f^{-1}\left(4\cdot\frac{-3}{2}-1\right)&=\frac{2\cdot\frac{-3}{2}+3}{\frac{-3}{2}+1} \\ \text{이를 정리하면:} \\ f^{-1}(-7)&=0 \end{aligned}

따라서 f(0)=−7f(0)=-7 이다.

원본 교재 풀이(영어)

If f−1(y)=0f^{-1}(y)=0, that means f(0)=yf(0)=y. So, we want to find out what we plug into f−1f^{-1} to get 0. Since we only know f−1f^{-1} in terms of a variable xx, let's figure out what xx gives us an output of 0:

2x+3x+1=02x+3=0x=−32Now, the equation f−1(4x−1)=2x+3x+1 with x=−32 tells us:f−1(4⋅−32−1)=2⋅−32+3−32+1Or, equivalently:f−1(−7)=0\begin{aligned} \frac{2x+3}{x+1}&=0\\ 2x+3&=0\\ x&=-\frac{3}{2} \\ \text{Now, the equation $f^{-1}(4x-1)=\dfrac{2x+3}{x+1}$ with $x=\dfrac{-3}{2}$ tells us:} \\ f^{-1}\left(4\cdot\frac{-3}{2}-1\right)&=\frac{2\cdot\frac{-3}{2}+3}{\frac{-3}{2}+1} \\ \text{Or, equivalently:} \\ f^{-1}(-7)&=0 \end{aligned}

Therefore, f(0)=−7f(0)=-7.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 26번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류