유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
23문제 · 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].
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.
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
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)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)g′(e+1)⋅f′(1)g′(e+1)It remains only to note that f′(x)=ex+1, so f′(1)=e+1g′(e+1)=1=1=1=f′(1)1=e+11
arcsecx 의 정의역은 ∣x∣≥1 이다. 모든 x 에 대해 sinx+2 는 양수이고, 양수는 어떤 거듭제곱이든 할 수 있다. (음수는 아무 거듭제곱이나 할 수 있는 것이 아님을 떠올리자. 예를 들어 (−1)1/2=−1 은 실수가 아니다.) 따라서 f(x) 의 정의역은 ∣x∣≥1 이다.
원본 교재 풀이(영어)
We use logarithmic differentiation, our standard method of differentiating an expression of the form (function)function.
The domain of arcsecx is ∣x∣≥1. For any x, sinx+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 is not a real number.) So, the domain of f(x) is ∣x∣≥1.
아크사인의 도함수가 1−x21 인지 x2−11 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 1−x21 or x2−11. Describe how the domain of arcsine suggests that one of these is wrong.
정답·풀이 보기
함수 x2−11 은 x2−1>0 인 x 의 값에 대해서만 존재한다. 즉, x2−11 의 정의역은 ∣x∣>1 이다. 그런데 아크사인의 정의역은 ∣x∣≤1 이다. 따라서 arcsinx 와 x2−11 이 모두 정의되는 x 의 값은 단 하나도 없다.
만약 arcsin(x) 의 도함수가 x2−11 이라면, 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) 는 매끄러운 곡선이어서, 정의역의 끝점이 아닌 안쪽의 모든 점에서 도함수가 존재한다. (모든 곡선이 이런 것은 아님을 기억하자. 예를 들어 g(x)=∣x∣ 는 x=0 에서 미분계수가 존재하지 않는데, x=0 은 정의역의 끝점이 아닌 안쪽에 있는 점이다.) 그러므로 아크사인의 도함수는 x2−11 이 아니라고 보는 것이 매우 타당하다.
원본 교재 풀이(영어)
The function x2−11 exists only for those values of x with x2−1>0: that is, the domain of x2−11 is ∣x∣>1. However, the domain of arcsine is ∣x∣≤1. So, there is not one single value of x where arcsinx and x2−11 are both defined.
If the derivative of arcsin(x) were given by x2−11, then the derivative of 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) 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∣ does not have a derivative at x=0, but x=0 is strictly inside its domain.) So, it's a pretty good bet that the derivative of arcsine is notx2−11.