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 · 1 / 2쪽

1.CLP-1 · 2.12절 · 1번대학 수준우리말 번역

다음 각 함수의 정의역을 구하세요. (a) f(x)=arcsin⁡(cos⁡x)(b) g(x)=arccsc(cos⁡x)(c) h(x)=sin⁡(arccos⁡x)\text{(a) } f(x)=\arcsin(\cos x)\qquad \text{(b) }g(x)=\mathop{\mathrm{arccsc}}(\cos x)\qquad \text{(c) } h(x)=\sin(\arccos x)

영어 원문 보기

Give the domains of each of the following functions. (a) f(x)=arcsin⁡(cos⁡x)(b) g(x)=arccsc(cos⁡x)(c) h(x)=sin⁡(arccos⁡x)\text{(a) } f(x)=\arcsin(\cos x)\qquad \text{(b) }g(x)=\mathop{\mathrm{arccsc}}(\cos x)\qquad \text{(c) } h(x)=\sin(\arccos x)

정답·풀이 보기

(a) 코사인 함수에는 어떤 수를 대입해도 되고, 그 값은 [−1,1][-1,1] 안의 수이다. arcsin⁡x\arcsin x 의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이므로, 코사인에 어떤 수를 대입하더라도 그 결과는 아크사인에 대입할 수 있는 올바른 수이다. 따라서 f(x)f(x) 의 정의역은 모든 실수이다.

(b) 코사인 함수에는 어떤 수를 대입해도 되고, 그 값은 [−1,1][-1,1] 안의 수이다. arccscx\mathop{\mathrm{arccsc}} x 의 정의역은 (−∞,−1]∪[1,∞)(-\infty,-1] \cup [1,\infty) 이므로, 아크코시컨트에 대입할 수 있는 올바른 수가 되려면 cos⁡x=±1\cos x = \pm 1 이어야 한다. 즉, g(x)g(x) 의 정의역은 어떤 정수 nn 에 대하여 x=nπx=n\pi 인 모든 값이다.

(c) 아크코사인의 정의역은 [−1,1][-1,1] 이다. 사인 함수의 정의역은 모든 실수이므로, 아크코사인이 어떤 수를 내놓더라도 그 수를 사인에 안전하게 대입할 수 있다. 따라서 h(x)h(x) 의 정의역은 [−1,1][-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][-1,1]. The domain of arcsin⁡x\arcsin x is [−1,1][-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)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][-1,1]. The domain of arccscx\mathop{\mathrm{arccsc}} x is (−∞,−1]∪[1,∞)(-\infty,-1] \cup [1,\infty), so in order to have a valid number to plug into arccosecant, we need cos⁡x=±1\cos x = \pm 1. That is, the domain of g(x)g(x) is all values x=nπx=n\pi for some integer nn.

(c) The domain of arccosine is [−1,1][-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)h(x) is [−1,1][-1,1].

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 16번
# 역삼각함수의 미분계산기본자동 분류
2.CLP-1 · 2.12절 · 4번대학 수준우리말 번역

aa 를 어떤 상수라고 하자. 곡선 y=ax+cos⁡xy=ax+\cos x 는 어디에서 수평인 접선을 갖는지 구하세요.

영어 원문 보기

Let aa be some constant. Where does the curve y=ax+cos⁡xy=ax+\cos x have a horizontal tangent line?

정답·풀이 보기

접선이 수평이려면 0=y′=a−sin⁡x0=y'=a-\sin x 이어야 한다. 즉, a=sin⁡xa=\sin x 일 때이다.

  • ∣a∣>1|a|>1 이면, a=sin⁡xa=\sin x 를 만족시키는 xx 의 값이 없으므로 곡선은 수평인 접선을 갖지 않는다.
  • ∣a∣=1|a| = 1 이면, a=sin⁡xa=\sin x 의 해는 무수히 많지만 구간 [−π,π][-\pi,\pi] 에서의 해는 x=arcsin⁡(a)=arcsin⁡(±1)=±π2x=\arcsin(a)=\arcsin(\pm1)=\pm\frac{\pi}{2} 하나뿐이다. 그러면 a=sin⁡xa=\sin x 를 만족시키는 xx 의 값은 임의의 정수 nn 에 대해 x=2πn+aπ2x=2\pi n +a \frac{\pi}{2} 이다.
  • ∣a∣<1|a|<1 이면, a=sin⁡xa=\sin x 의 해는 무수히 많다. 구간 (−π2,π2)\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right) 에서의 해는 x=arcsin⁡(a)x=\arcsin(a) 로 주어진다. 구간 (−π,π)\left(-\pi,\pi\right) 에서의 다른 해는 아래의 단위원에서 보듯이 x=π−arcsin⁡(a)x=\pi-\arcsin(a) 로 주어진다.

그림

그림

따라서 x=sin⁡ax=\sin a 를 만족시키는 xx 의 값은 임의의 정수 nn 에 대해 x=2πn+arcsin⁡(a)x=2\pi n+\arcsin(a) 와 x=2πn+π−arcsin⁡(a)x=2\pi n + \pi - \arcsin (a) 이다.

참고: a=1a=1 일 때, 2πn+arcsin⁡(a)=2πn+π2=2πn+π−(π2)=2πn+π−arcsin⁡(a)2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n + \dfrac{\pi}{2}=2\pi n +\pi -\left(\dfrac {\pi}{2}\right)=2\pi n+\pi-\arcsin(a) 이다. 마찬가지로 a=−1a=-1 일 때, 2πn+arcsin⁡(a)=2πn−π2=2π(n−1)+π−(−π2)=2π(n−1)+π−arcsin⁡(a)2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n - \dfrac{\pi}{2}=2\pi (n-1) +\pi -\left(-\dfrac {\pi}{2}\right) =2\pi(n-1)+\pi-\arcsin(a) 이다. 따라서 ∣a∣=1|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|a|=1 인 경우를 ∣a∣<1|a|<1 인 경우와 따로 나눈 이유이다.

원본 교재 풀이(영어)

The tangent line is horizontal when 0=y′=a−sin⁡x0=y'=a-\sin x. That is, when a=sin⁡xa=\sin x.

  • If ∣a∣>1|a|>1, then there is no value of xx for which a=sin⁡xa=\sin x, so the curve has no horizontal tangent lines.
  • If ∣a∣=1|a| = 1, then there are infinitely many solutions to a=sin⁡xa=\sin x, but only one solution in the interval [−π,π][-\pi,\pi]: x=arcsin⁡(a)=arcsin⁡(±1)=±π2x=\arcsin(a)=\arcsin(\pm1)=\pm\frac{\pi}{2}. Then the values of xx for which a=sin⁡xa=\sin x are x=2πn+aπ2x=2\pi n +a \frac{\pi}{2} for any integer nn.
  • If ∣a∣<1|a|<1, then there are infinitely many solutions to a=sin⁡xa=\sin x. The solution in the interval (−π2,π2)\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right) is given by x=arcsin⁡(a)x=\arcsin(a). The other solution in the interval (−π,π)\left(-\pi,\pi\right) is given by x=π−arcsin⁡(a)x=\pi-\arcsin(a), as shown in the unit circles below.

figure

figure

So, the values of xx for which x=sin⁡ax=\sin a are x=2πn+arcsin⁡(a)x=2\pi n+\arcsin(a) and x=2πn+π−arcsin⁡(a)x=2\pi n + \pi - \arcsin (a) for any integer nn.

Remark: when a=1a=1, then 2πn+arcsin⁡(a)=2πn+π2=2πn+π−(π2)=2πn+π−arcsin⁡(a).2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n + \dfrac{\pi}{2}=2\pi n +\pi -\left(\dfrac {\pi}{2}\right)=2\pi n+\pi-\arcsin(a). Similarly, when a=−1a=-1, 2πn+arcsin⁡(a)=2πn−π2=2π(n−1)+π−(−π2)=2π(n−1)+π−arcsin⁡(a).2\pi n+\arcsin(a) = 2\pi n - \dfrac{\pi}{2}=2\pi (n-1) +\pi -\left(-\dfrac {\pi}{2}\right) =2\pi(n-1)+\pi-\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|a|=1, we get the correct points but each point is listed twice. This is why we separated the case ∣a∣=1|a|=1 from the case ∣a∣<1|a|<1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.12절 · 21번
# 역삼각함수의 미분계산기본자동 분류
3.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
4.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
5.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
6.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
7.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
8.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
9.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
10.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
11.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
12.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
13.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
14.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
15.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
16.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
17.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
18.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
19.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
20.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).

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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