유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
27문제 · 1 / 2쪽
1.CLP-1 · 2.12절 · 1번대학 수준우리말 번역
다음 각 함수의 정의역을 구하세요.
(a) f(x)=arcsin(cosx)(b) g(x)=arccsc(cosx)(c) h(x)=sin(arccosx)
영어 원문 보기
Give the domains of each of the following functions.
(a) f(x)=arcsin(cosx)(b) g(x)=arccsc(cosx)(c) h(x)=sin(arccosx)
정답·풀이 보기
(a) 코사인 함수에는 어떤 수를 대입해도 되고, 그 값은 [−1,1] 안의 수이다. arcsinx 의 정의역은 [−1,1] 이므로, 코사인에 어떤 수를 대입하더라도 그 결과는 아크사인에 대입할 수 있는 올바른 수이다. 따라서 f(x) 의 정의역은 모든 실수이다.
(b) 코사인 함수에는 어떤 수를 대입해도 되고, 그 값은 [−1,1] 안의 수이다. arccscx 의 정의역은 (−∞,−1]∪[1,∞) 이므로, 아크코시컨트에 대입할 수 있는 올바른 수가 되려면 cosx=±1 이어야 한다. 즉, g(x) 의 정의역은 어떤 정수 n 에 대하여 x=nπ 인 모든 값이다.
(c) 아크코사인의 정의역은 [−1,1] 이다. 사인 함수의 정의역은 모든 실수이므로, 아크코사인이 어떤 수를 내놓더라도 그 수를 사인에 안전하게 대입할 수 있다. 따라서 h(x) 의 정의역은 [−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]. The domain of arcsinx is [−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) is all real numbers.
(b) We can plug any number into the cosine function, and it will return a number in [−1,1]. The domain of arccscx is (−∞,−1]∪[1,∞), so in order to have
a valid number to plug into arccosecant, we need cosx=±1. That is, the domain of g(x) is all values x=nπ for some integer n.
(c) The domain of arccosine is [−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) is [−1,1].
어떤 입자가 시각 t=10 에 움직이기 시작하여 위아래로 오르내리는데, 시각 t≥10 에서 그 높이는 cost 로 주어진다. 이 입자는 시각 t=arccos(1) 에서 높이가 1이다. 이 문장은 참인지 거짓인지 말하세요.
영어 원문 보기
A particle starts moving at time t=10, and it bobs up and down, so that its height at time t≥10 is given by cost. True or false: the particle has height 1 at time t=arccos(1).
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
거짓: cost=1 을 만족하는 t 의 값은 무수히 많다. 아크코사인은 cost=1 이고 0≤t≤π 인 단 하나의 값 t=0 만을 준다. 입자는 t=10 이 되어서야 움직이기 시작하므로, t=0 은 입자의 운동을 나타내는 함수의 정의역에 속하지 않는다.
입자는 n≥2 인 모든 정수 n 에 대하여 시각 2πn 에서 높이가 1 이다.
원본 교재 풀이(영어)
False: cost=1 for infinitely many values of t; arccosine gives only the single value t=0 for which cost=1 and 0≤t≤π. The particle does not start moving until t=10, so t=0 is not in the domain of the function describing its motion.
The particle will have height 1 at time 2πn, for any integer n≥2.
곡선 y=f(x) 가 아래에 있다. 이는 어떤 함수 f 의 그래프이다. f 를 0 을 포함하면서 일대일함수가 되는 가장 큰 구간으로 제한하고, 곡선 y=f−1(x) 의 그래프를 그리세요.
영어 원문 보기
The curve y=f(x) is shown below, for some function f. Restrict f to the largest possible interval containing 0 over which it is one–to–one, and sketch the curve y=f−1(x).
정답·풀이 보기
먼저 f 가 일대일함수가 되도록 f 의 정의역을 제한한다. f 가 일대일함수가 되는 구간은 여러 가지를 택할 수 있지만, 문제에서는 x=0 을 포함하면서 가능한 한 큰 구간을 택하라고 하였으므로, 제한된 함수는 다음과 같다.
역함수는 입력과 출력의 역할을 서로 바꾼다. 따라서 y=f(x) 의 그래프가 점 (a,b) 를 지나면 Y=f−1(X) 의 그래프는 점 (b,a) 를 지난다. 즉, Y=f−1(X) 의 그래프는 y=f(x) 의 그래프에서 x 좌표와 y 좌표를 서로 바꾼 것이다. (그러므로 y=f(x) 가 y 축과 y=1 에서 만나므로 Y=f−1(X) 는 X 축과 X=1 에서 만난다.) 이렇게 바꾸는 것은 곡선 y=f(x) 를 직선 y=x 에 대하여 대칭이동하는 것과 같다.
참고: 역함수에 익숙해지는 동안에는 y=f(x) 와 Y=f−1(X) 처럼, x (f 의 입력이므로 f−1 의 출력)와 X (f−1 의 입력이며 f 의 출력에서 나온 값)를 약간 다른 기호로 나타내어 생각하는 것이 더 명확할 때가 있다. 그러나 관례상 두 함수 모두 입력에는 x 를, 출력에는 y 를 쓰며, 위의 그래프에도 그렇게 적혀 있다.
원본 교재 풀이(영어)
First, we restrict the domain of f to force it to be one–to–one. There are many intervals we could choose over which f is one–to–one, but the question asks us to contain x=0 and be as large as possible; this leaves us with the following restricted function:
The inverse of a function swaps the role of the input and output; so if the graph of y=f(x) contains the point (a,b), then the graph of Y=f−1(X) contains the point (b,a). That is, the graph of Y=f−1(X) is the graph of y=f(x) with the x-coordinates and y-coordinates swapped. (So, since y=f(x) crosses the y-axis at y=1, then Y=f−1(X) crosses the X-axis at X=1.) This swapping is equivalent to reflecting the curve y=f(x) over the line y=x.
Remark: while you're getting accustomed to inverse functions, it is sometimes clearer to consider y=f(x) and Y=f−1(X): using slightly different notations for x (the input of f, hence the output of f−1) and X (the input of f−1, which comes from the output of f). However, the convention is to use x for the inputs of both functions, and y as the outputs of both functions, as is written on the graph above.
a 를 어떤 상수라고 하자. 곡선 y=ax+cosx 는 어디에서 수평인 접선을 갖는지 구하세요.
영어 원문 보기
Let a be some constant. Where does the curve y=ax+cosx have a horizontal tangent line?
정답·풀이 보기
접선이 수평이려면 0=y′=a−sinx 이어야 한다. 즉, a=sinx 일 때이다.
∣a∣>1 이면, a=sinx 를 만족시키는 x 의 값이 없으므로 곡선은 수평인 접선을 갖지 않는다.
∣a∣=1 이면, a=sinx 의 해는 무수히 많지만 구간 [−π,π] 에서의 해는 x=arcsin(a)=arcsin(±1)=±2π 하나뿐이다. 그러면 a=sinx 를 만족시키는 x 의 값은 임의의 정수 n 에 대해 x=2πn+a2π 이다.
∣a∣<1 이면, a=sinx 의 해는 무수히 많다.
구간 (−2π,2π) 에서의 해는 x=arcsin(a) 로 주어진다. 구간 (−π,π) 에서의 다른 해는 아래의 단위원에서 보듯이 x=π−arcsin(a) 로 주어진다.
따라서 x=sina 를 만족시키는 x 의 값은 임의의 정수 n 에 대해 x=2πn+arcsin(a) 와 x=2πn+π−arcsin(a) 이다.
참고: a=1 일 때,
2πn+arcsin(a)=2πn+2π=2πn+π−(2π)=2πn+π−arcsin(a)
이다. 마찬가지로 a=−1 일 때,
2πn+arcsin(a)=2πn−2π=2π(n−1)+π−(−2π)=2π(n−1)+π−arcsin(a)
이다.
따라서 ∣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 인 경우를 ∣a∣<1 인 경우와 따로 나눈 이유이다.
원본 교재 풀이(영어)
The tangent line is horizontal when 0=y′=a−sinx. That is, when a=sinx.
If ∣a∣>1, then there is no value of x for which a=sinx, so the curve has no horizontal tangent lines.
If ∣a∣=1, then there are infinitely many solutions to a=sinx, but only one solution in the interval [−π,π]: x=arcsin(a)=arcsin(±1)=±2π. Then the values of x for which a=sinx are x=2πn+a2π for any integer n.
If ∣a∣<1, then there are infinitely many solutions to a=sinx.
The solution in the interval (−2π,2π) is given by x=arcsin(a). The other solution in the interval (−π,π) is given by x=π−arcsin(a), as shown in the unit circles below.
So, the values of x for which x=sina are x=2πn+arcsin(a) and x=2πn+π−arcsin(a) for any integer n.
Remark: when a=1, then
2πn+arcsin(a)=2πn+2π=2πn+π−(2π)=2πn+π−arcsin(a). Similarly, when a=−1,
2πn+arcsin(a)=2πn−2π=2π(n−1)+π−(−2π)=2π(n−1)+π−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, we get the correct points but each point is listed twice. This is why we separated the case ∣a∣=1 from the case ∣a∣<1.
Since the domain of arcsine is [−1,1], and we are plugging in 3x to arcsine, the values of x that we can plug in are those that satisfy −1≤3x≤1, or −3≤x≤3. So the domain of f is [−3,3].
The domain of arccosine is [−1,1], and since t2−1 is in the denominator, the domain of f requires t2−1=0, that is, t=±1. So the domain of f(t) is (−1,1).
The domain of arcsecx is ∣x∣≥1: that is, we can plug into arcsecant only values with absolute value greater than or equal to one. Since −x2−2≤−2, every real value of x gives us an acceptable value to plug into arcsecant. So, the domain of f(x) is all real numbers.
To differentiate, we use the chain rule. Remember dxd{arcsecx}=∣x∣x2−11.
따라서
arcsinx+arccosx=θ+2π−θ=2π
이므로, 우리가 계산하던 도함수는 사실 dxd{2π}=0 일 뿐이다.
원본 교재 풀이(영어)
Using formulas you should memorize from this section,
dxd{arcsinx+arccosx}=1−x21+1−x2−1=0
Remark: the only functions with derivative equal to zero everywhere are constant functions, so arcsinx+arccosx should be a constant. Since sinθ=cos(2π−θ), we can set
sinθwhere x and θ are the same in both expressions, and −2π≤θ≤2π. ThenarcsinxWe note here that arcsine is the inverse of the sine function restricted to[−2π,2π]. So, since we restricted θ to this domain, sinθ=x really does imply arcsinx=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 −2π≤θ≤2π, then 0≤(2π−θ)≤π, so cos(2π−θ)=x really does imply arccosx=2π−θ.=x=θcos(2π−θ)arccosx=x=2π−θ
So,
arcsinx+arccosx=θ+2π−θ=2π
which means the derivative we were calculating was actually just dxd{2π}=0.
참고: 또 다른 방법은 먼저 합성함수의 미분법을 이용하여 미분한 다음, 삼각형을 그려서 얻은 식을 간단히 하는 것이다.
dxd{sin(arctanx)}=1+x2cos(arctanx).
원본 교재 풀이(영어)
Let θ=arctanx. Then θ is the angle of a right triangle that gives tanθ=x. In particular, the ratio of the opposite side to the adjacent side is x. So, we have a triangle that looks like this:
where the length of the hypotenuse came from the Pythagorean Theorem. Now,
sin(arctanx)=sinθ=hypopp=x2+1x
From here, we differentiate using the quotient rule:
Remark: another strategy is to differentiate first, using the chain rule, then draw a triangle to simplify the resulting expression
dxd{sin(arctanx)}=1+x2cos(arctanx).
참고: 다른 방법으로는 먼저 연쇄 법칙(합성함수의 미분법)을 이용하여 미분한 다음, 삼각형을 그려 얻어진 식을 간단히 할 수 있다.
dxd{cot(arcsinx)}=1−x2−csc2(arcsinx).
원본 교재 풀이(영어)
Let θ=arcsinx. Then θ is the angle of a right triangle that gives sinθ=x. In particular, the ratio of the opposite side to the hypotenuse is x. So, we have a triangle that looks like this:
where the length of the adjacent side came from the Pythagorean Theorem. Now,
cot(arcsinx)=cotθ=oppadj=x1−x2
From here, we differentiate using the quotient rule:
Remark: another strategy is to differentiate first, using the chain rule, then draw a triangle to simplify the resulting expression
dxd{cot(arcsinx)}=1−x2−csc2(arcsinx).
The line y=2x+9 has slope 2, so we must find all values
of x between −1 and 1 (arcsinx is only defined for these values
of x) for which dxd{arcsinx}=2. Evaluating the derivative:
따라서 f′(x)=0 이면 cosx=0 이고, 이는 임의의 정수 n 에 대해 x=2(2n+1)π 일 때 성립한다. 이 점들이 f 의 정의역에 속하는지 확인해야 한다. 아크탄젠트는 모든 실수에서 정의되므로 코시컨트의 정의역만 확인하면 된다. x=2(2n+1)π 일 때 sinx=±1=0 이므로 cscx=sinx1 가 존재한다.
So if f′(x)=0, then cosx=0, and this happens when x=2(2n+1)π for any integer n. We should check that these points are in the domain of f. Arctangent is defined for all real numbers, so we only need to check the domain of cosecant; when x=2(2n+1)π, then sinx=±1=0, so cscx=sinx1 exists.
f(g(y))Now, we can differentiate with respect to y using the chain rule.dyd{f(g(y))}f′(g(y))⋅g′(y)g′(y)=f(f−1(y))=y=dyd{y}=1=f′(g(y))1=1−sing(y)1
Write g(y)=f−1(y).
Then g(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=2π.g′(π−1)⋅f′(2π)Since f′(x)=2−cos(x), f′(2π)=2−0=2:g′(π−1)⋅2g′(π−1)=21=1=1