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.

23문제 · 2 / 2쪽

21.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}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 28번
# 역삼각함수의 미분계산도전자동 분류
22.CLP-1 · 2.12절 · 27번대학 수준우리말 번역

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
23.CLP-1 · 2.12절 · 28번대학 수준우리말 번역

곡선이 다음과 같이 음함수로 정의되어 있다고 하자. arcsin⁡(x+2y)=x2+y2\arcsin(x+2y)=x^2+y^2 y′y' 을 xx 와 yy 로 나타내세요.

영어 원문 보기

Suppose a curve is defined implicitly by arcsin⁡(x+2y)=x2+y2\arcsin(x+2y)=x^2+y^2 Solve for y′y' in terms of xx and yy.

정답·풀이 보기
  • 풀이 1: 음함수 미분법으로 시작한다. 관례에 따라 y′y' 은 y′(x)y'(x) 를 뜻하는 것으로 쓴다.

arcsin⁡(x+2y)=x2+y2연쇄법칙을 이용하면:1+2y′1−(x+2y)2=2x+2yy′11−(x+2y)2+2y′1−(x+2y)2=2x+2yy′2y′1−(x+2y)2−2yy′=2x−11−(x+2y)2y′(21−(x+2y)2−2y)=2x−11−(x+2y)2y′=2x−11−(x+2y)221−(x+2y)2−2y(1−(x+2y)21−(x+2y)2)y′=2x1−(x+2y)2−12−2y1−(x+2y)2\begin{aligned} \arcsin(x+2y)&=x^2+y^2 \qquad\text{연쇄법칙을 이용하면:}\\ \frac{1+2y'}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}&=2x+2yy'\\ \frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}+\frac{2y'}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}&=2x+2yy'\\ \frac{2y'}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}-2yy'&=2x-\frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}\\ y'\left(\frac{2}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}-2y\right)&=2x-\frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}\\ y'&=\frac{2x-\frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}}{\frac{2}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}-2y} \left(\frac{\sqrt{1-(x+2y)^2}}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}\right)\\ y'&=\frac{2x\sqrt{1-(x+2y)^2}-1}{2-2y\sqrt{1-(x+2y)^2}} \end{aligned}

  • 풀이 2: 먼저 등식의 양변에 사인을 취한다.

arcsin⁡(x+2y)=x2+y2x+2y=sin⁡(x2+y2)이제 음함수 미분을 한다.1+2y′=cos⁡(x2+y2)⋅(2x+2yy′)1+2y′=2xcos⁡(x2+y2)+2yy′cos⁡(x2+y2)2y′−2yy′cos⁡(x2+y2)=2xcos⁡(x2+y2)−1y′(2−2ycos⁡(x2+y2))=2xcos⁡(x2+y2)−1y′=2xcos⁡(x2+y2)−12−2ycos⁡(x2+y2)\begin{aligned} \arcsin(x+2y)&=x^2+y^2\\ x+2y&=\sin(x^2+y^2) \\ \text{이제 음함수 미분을 한다.} \\ 1+2y'&=\cos(x^2+y^2)\cdot(2x+2yy')\\ 1+2y'&=2x\cos(x^2+y^2)+2yy'\cos(x^2+y^2)\\ 2y'-2yy'\cos(x^2+y^2)&=2x\cos(x^2+y^2)-1\\ y'\left(2-2y\cos(x^2+y^2)\right)&=2x\cos(x^2+y^2)-1\\ y'&=\frac{2x\cos(x^2+y^2)-1}{2-2y\cos(x^2+y^2)} \end{aligned}

  • 두 가지 다른 방법을 사용하여 꽤 달라 보이는 두 개의 답을 얻었다. 그러나 두 답은 같아야 한다. 이를 확인하기 위해, 우리가 다루는 모든 xx 와 yy 의 값(곡선의 정의역에 속하는 순서쌍 (x,y)(x,y))에 대해 등식 arcsin⁡(x+2y)=x2+y2\arcsin(x+2y)=x^2+y^2 이 성립함을 기억하자. 삼각형을 그리면 다음과 같다.

그림

여기서 (빨간색으로 표시한) 밑변의 길이는 피타고라스 정리로부터 구한 것이다. 그러면 cos⁡(x2+y2)=1−(x+2y)2\cos(x^2+y^2)=\sqrt{1-(x+2y)^2} 이므로, 풀이 2의 결과에 대입하면 다음과 같다.

y′=2xcos⁡(x2+y2)−12−2ycos⁡(x2+y2)=2x1−(x+2y)2−12−2y1−(x+2y)2\begin{aligned} y'&=\frac{2x\cos(x^2+y^2)-1}{2-2y\cos(x^2+y^2)}\\ &=\frac{2x\sqrt{1-(x+2y)^2}-1}{2-2y\sqrt{1-(x+2y)^2}} \end{aligned}

이는 풀이 1의 답과 정확히 같다.

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1: We begin by differentiating implicitly. Following the usual convention, we use y′y' to mean y′(x)y'(x).

arcsin⁡(x+2y)=x2+y2Using the chain rule:1+2y′1−(x+2y)2=2x+2yy′11−(x+2y)2+2y′1−(x+2y)2=2x+2yy′2y′1−(x+2y)2−2yy′=2x−11−(x+2y)2y′(21−(x+2y)2−2y)=2x−11−(x+2y)2y′=2x−11−(x+2y)221−(x+2y)2−2y(1−(x+2y)21−(x+2y)2)y′=2x1−(x+2y)2−12−2y1−(x+2y)2\begin{aligned} \arcsin(x+2y)&=x^2+y^2 \qquad\text{Using the chain rule:}\\ \frac{1+2y'}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}&=2x+2yy'\\ \frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}+\frac{2y'}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}&=2x+2yy'\\ \frac{2y'}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}-2yy'&=2x-\frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}\\ y'\left(\frac{2}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}-2y\right)&=2x-\frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}\\ y'&=\frac{2x-\frac{1}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}}{\frac{2}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}-2y} \left(\frac{\sqrt{1-(x+2y)^2}}{\sqrt{1-(x+2y)^2}}\right)\\ y'&=\frac{2x\sqrt{1-(x+2y)^2}-1}{2-2y\sqrt{1-(x+2y)^2}} \end{aligned}

  • Solution 2: We begin by taking the sine of both sides of the equation.

arcsin⁡(x+2y)=x2+y2x+2y=sin⁡(x2+y2)Now, we differentiate implicitly.1+2y′=cos⁡(x2+y2)⋅(2x+2yy′)1+2y′=2xcos⁡(x2+y2)+2yy′cos⁡(x2+y2)2y′−2yy′cos⁡(x2+y2)=2xcos⁡(x2+y2)−1y′(2−2ycos⁡(x2+y2))=2xcos⁡(x2+y2)−1y′=2xcos⁡(x2+y2)−12−2ycos⁡(x2+y2)\begin{aligned} \arcsin(x+2y)&=x^2+y^2\\ x+2y&=\sin(x^2+y^2) \\ \text{Now, we differentiate implicitly.} \\ 1+2y'&=\cos(x^2+y^2)\cdot(2x+2yy')\\ 1+2y'&=2x\cos(x^2+y^2)+2yy'\cos(x^2+y^2)\\ 2y'-2yy'\cos(x^2+y^2)&=2x\cos(x^2+y^2)-1\\ y'\left(2-2y\cos(x^2+y^2)\right)&=2x\cos(x^2+y^2)-1\\ y'&=\frac{2x\cos(x^2+y^2)-1}{2-2y\cos(x^2+y^2)} \end{aligned}

  • We used two different methods, and got two answers that look pretty different. However, the answers ought to be equivalent. To see this, we remember that for all values of xx and yy that we care about (those pairs (x,y)(x,y) in the domain of our curve), the equality arcsin⁡(x+2y)=x2+y2\arcsin(x+2y)=x^2+y^2 holds. Drawing a triangle:

figure

where the adjacent side (in red) come from the Pythagorean Theorem. Then, cos⁡(x2+y2)=1−(x+2y)2\cos(x^2+y^2)=\sqrt{1-(x+2y)^2}, so using our second solution:

y′=2xcos⁡(x2+y2)−12−2ycos⁡(x2+y2)=2x1−(x+2y)2−12−2y1−(x+2y)2\begin{aligned} y'&=\frac{2x\cos(x^2+y^2)-1}{2-2y\cos(x^2+y^2)}\\ &=\frac{2x\sqrt{1-(x+2y)^2}-1}{2-2y\sqrt{1-(x+2y)^2}} \end{aligned}

which is exactly the answer from our first solution.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 18번
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