문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

역삼각함수의 미분

arcsin, arccos, arctan의 뜻과 도함수를 구한다

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

12문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 2.12절 · 6번대학 수준우리말 번역

f(x)=arcsin⁡(x3)f(x)=\arcsin\left(\dfrac{x}{3}\right) 를 미분하세요. f(x)f(x) 의 정의역은 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=arcsin⁡(x3)f(x)=\arcsin\left(\dfrac{x}{3}\right). What is the domain of f(x)f(x)?

정답·풀이 보기

연쇄 법칙(합성함수의 미분법)을 이용하면,

ddx{arcsin⁡(x3)}=11−(x3)2⋅13=131−x29=19−x2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\frac{x}{3}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{1-\left(\frac{x}{3}\right)^2}}\cdot \frac{1}{3}\\ &=\frac{1}{3\sqrt{1-\frac{x^2}{9}}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{9-x^2}} \end{aligned}

아크사인의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이고 아크사인에 x3\dfrac{x}{3} 를 대입하므로, 대입할 수 있는 xx 의 값은 −1≤x3≤1-1 \le \dfrac{x}{3} \leq 1, 즉 −3≤x≤3-3\leq x \leq 3 을 만족하는 값이다. 따라서 ff 의 정의역은 [−3,3][-3,3] 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Using the chain rule,

ddx{arcsin⁡(x3)}=11−(x3)2⋅13=131−x29=19−x2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\frac{x}{3}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{1-\left(\frac{x}{3}\right)^2}}\cdot \frac{1}{3}\\ &=\frac{1}{3\sqrt{1-\frac{x^2}{9}}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{9-x^2}} \end{aligned}

Since the domain of arcsine is [−1,1][-1,1], and we are plugging in x3\dfrac{x}{3} to arcsine, the values of xx that we can plug in are those that satisfy −1≤x3≤1-1 \le \dfrac{x}{3} \leq 1, or −3≤x≤3-3\leq x \leq 3. So the domain of ff is [−3,3][-3,3].

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 4번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
2.CLP-1 · 2.12절 · 7번대학 수준우리말 번역

f(t)=arccos⁡tt2−1f(t)=\dfrac{\arccos t}{t^2-1} 를 미분하세요. f(t)f(t) 의 정의역은 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(t)=arccos⁡tt2−1f(t)=\dfrac{\arccos t}{t^2-1}. What is the domain of f(t)f(t)?

정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용하면,

ddt{arccos⁡tt2−1}=(t2−1)(−11−t2)−(arccos⁡t)(2t)(t2−1)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left\{\dfrac{\arccos t}{t^2-1}\right\}&= \frac{(t^2-1)\left(\frac{-1}{\sqrt{1-t^2}}\right)-(\arccos t)(2t)}{(t^2-1)^2} \end{aligned}

아크코사인의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이고, t2−1t^2-1 이 분모에 있으므로 ff 의 정의역은 t2−1≠0t^2-1 \neq 0, 즉 t≠±1t \neq \pm 1 이어야 한다. 따라서 f(t)f(t) 의 정의역은 (−1,1)(-1,1) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Using the quotient rule,

ddt{arccos⁡tt2−1}=(t2−1)(−11−t2)−(arccos⁡t)(2t)(t2−1)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left\{\dfrac{\arccos t}{t^2-1}\right\}&= \frac{(t^2-1)\left(\frac{-1}{\sqrt{1-t^2}}\right)-(\arccos t)(2t)}{(t^2-1)^2} \end{aligned}

The domain of arccosine is [−1,1][-1,1], and since t2−1t^2-1 is in the denominator, the domain of ff requires t2−1≠0t^2-1 \neq 0, that is, t≠±1t \neq \pm 1. So the domain of f(t)f(t) is (−1,1)(-1,1).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 6번
# 역삼각함수의 미분계산보통자동 분류
3.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
4.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
5.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
6.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
7.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
8.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
9.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
10.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
11.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
12.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