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

79문제 · 2 / 4쪽

21.CLP-1 · 2.1절 · 4번우리말 번역

아래 그래프에서 점 x=5x=5 에서의 접선의 기울기를 가능한 한 정확하게 어림하세요.

그림

영어 원문 보기

Give your best approximation of the slope of the tangent line to the graph below at the point x=5x=5.

figure

정답·풀이 보기

그래프에서 f(5)=0.5f(5)=0.5 로 어림하는 것이 적절하다. 두 끝점이 모두 x=5x=5 에 매우 가까우면서 yy 값도 분명하게 읽히는 할선을 찾아야 한다. f(5.25)≈1f(5.25) \approx 1, f(4.75)≈18f(4.75)\approx \frac{1}{8} 로 보인다. x=5x=5 에서 x=5.25x=5.25 까지의 할선의 기울기는 대략 f(5.25)−f(5)5.25−5≈1−.5.25=2\dfrac{f(5.25)-f(5)}{5.25-5}\approx \dfrac{1-.5}{.25}=2 이다. x=5x=5 에서 x=4.75x=4.75 까지의 할선의 기울기는 0.5−185−4.75=32\dfrac{0.5-\frac{1}{8}}{5-4.75}=\dfrac{3}{2} 이다.

그래프는 점점 더 빠르게 증가하므로(점점 더 가팔라지므로) x=5x=5 의 왼쪽에 있는 할선의 기울기가 x=5x=5 의 오른쪽에 있는 할선의 기울기보다 작은 것은 자연스럽다. 또 x=5x=5 에서 더 멀리 떨어진 곳에 끝점이 있는 할선을 잡으면 할선의 기울기가 상당히 크게 달라지는 것을 알 수 있다. 어느 정도 정확한 값을 얻으려면 x=5x=5 에 아주 가까워야 한다.

두 값의 중간을 택하면, 할선의 기울기를 32\frac{3}{2} 과 22 의 평균인 74\frac{7}{4} 로 어림할 수 있다.

접선을 구하는 또 다른 방법은 자를 대고 접선을 정확하게 직접 그려 보는 것이다. 아래 그림에 파란색으로 나타내었다.

그림

곡선보다 직선의 기울기를 구하는 것이 훨씬 쉽고, 이 직선의 기울기는 약 1.5 로 보인다. 하지만 이 그림은 컴퓨터로 그린 것이며, 손으로 정확한 접선을 그리기는 훨씬 어렵다. (그래서 미적분이 필요하다!)

x=5x=5 에서 이 함수의 접선의 실제 기울기는 약 1.4841.484 이다. 그래프만 보고 이 값을 알아내기는 매우 어렵다. 손으로 구할 때는 1.251.25 와 1.751.75 사이의 값으로 추측하면 매우 정확한 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

A good approximation from the graph is f(5)=0.5f(5)=0.5. We want to find a secant line whose endpoints are both very close to x=5x=5, but that also give us clear yy-values. It looks like f(5.25)≈1f(5.25) \approx 1, and f(4.75)≈18f(4.75)\approx \frac{1}{8}. The secant line from x=5x=5 to x=5.25x=5.25 has approximate slope f(5.25)−f(5)5.25−5≈1−.5.25=2\dfrac{f(5.25)-f(5)}{5.25-5}\approx \dfrac{1-.5}{.25}=2. The secant line from x=5x=5 to x=4.75x=4.75 has approximate slope 0.5−185−4.75=32\dfrac{0.5-\frac{1}{8}}{5-4.75}=\dfrac{3}{2}.

The graph increases more and more quickly (gets steeper and steeper), so it makes sense that the secant line to the left of x=5x=5 has a smaller slope than the secant line to the right of x=5x=5. Also, if you're taking secant lines that have endpoints farther out from x=5x=5, you'll notice that the slopes of the secant lines change quite dramatically. You have to be very, very close to x=5x=5 to get any kind of accuracy.

If we split the difference, we might approximate the slope of the secant line to be the average of 32\frac{3}{2} and 22, which is 74\frac{7}{4}.

Another way to try to figure out the tangent line is by carefully drawing it in with a ruler. This is shown here in blue:

figure

It's much easier to take the slope of a line than a curve, and this one looks like it has slope about 1.5. However, we drew this with a computer: by hand it's much harder to draw an accurate tangent line. (That's why we need calculus!)

The actual slope of the tangent line to the function at x=5x=5 is about 1.4841.484. This is extremely hard to figure out just from the graph–by hand, a guess between 1.251.25 and 1.751.75 would be very accurate.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.3절 · 16번
# 접선의 방정식그래프·표 해석보통자동 분류
22.CLP-1 · 2.1절 · 5번우리말 번역

아래 그래프에 y=f(x)y=f(x) 의 PP 에서의 접선을 그리세요. 그런 다음, QQ 와 RR 을 지나는 할선의 기울기가 PP 에서의 접선의 기울기와 같도록 그래프 위의 두 점 QQ 와 RR 을 찾으세요.

그림

영어 원문 보기

On the graph below, sketch the tangent line to y=f(x)y=f(x) at PP. Then, find two points QQ and RR on the graph so that the secant line through QQ and RR has the same slope as the tangent line at PP.

figure

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 의 PP 에서의 접선은 (파란색으로 나타낸) 하나뿐이지만, QQ 와 RR 을 잡는 방법은 무수히 많다(빨간색으로 나타낸 것은 그중 한 가지이다). 종이 위에 할선을 쉽게 그리는 한 가지 방법은 접선과 평행한 직선을 아무거나 그은 다음, 그 직선과 y=f(x)y=f(x) 가 만나는 두 점을 고르는 것이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

There is only one tangent line to f(x)f(x) at PP (shown in blue), but there are infinitely many choices of QQ and RR (one possibility shown in red). One easy way to sketch the secant line on paper is to draw any line parallel to the tangent line, and choose two intercepts with y=f(x)y=f(x).

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.1절 · 4번
# 접선의 방정식그래프·표 해석보통자동 분류
23.CLP-1 · 2.1절 · 6번우리말 번역

아래에 나타낸 곡선에서 접선의 기울기가 00인 점들을 표시하세요.

그림

(나중에 이 점들이 그래프의 모양에 대해 많은 것을 알려 준다는 것을 배우게 됩니다.)

영어 원문 보기

Mark the points where the curve shown below has a tangent line with slope 00.

figure

(Later on, we'll learn how these points tell us a lot about the shape of a graph.)

정답·풀이 보기

(확대해서 본다고 상상할 때) 그래프가 평평해 보이는 곳이면 어디든 접선의 기울기가 0이다. 이런 곳은 세 군데이다.

그림

표시된 점 중 두 개는 각각 낮은 점과 높은 점에 있음에 주목하자. 나중에 접선의 기울기가 0인 이러한 곳을 이용하여 그래프가 가장 큰 값과 가장 작은 값을 갖는 곳을 찾을 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

Any place the graph looks flat (if you imagine zooming in) is where the tangent line has slope 0. This occurs three times.

figure

Notice that two of the indicated points are at a low point and a high point, respectively. Later, we'll use these places where the tangent line has slope zero to find where a graph achieves its biggest and smallest values.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.1절 · 5번
# 접선의 방정식그래프·표 해석보통자동 분류
24.CLP-1 · 2.2절 · 9번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 곡선 y(x)=x3+5y(x)=x^3+5 위의 점 (1,6)(1,6) 에서의 접선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to find the equation of the tangent line to the curve y(x)=x3+5y(x)=x^3+5 at the point (1,6)(1,6).

정답·풀이 보기

한 점과 그 점에서의 기울기를 알면 점-기울기 꼴로 직선의 방정식을 구할 수 있다. 점은 (1,6)(1,6) 으로 주어져 있다. 기울기는 미분계수이다.

y′(1)=lim⁡h→0y(1+h)−y(1)h=lim⁡h→0[(1+h)3+5]−[13+5]h=lim⁡h→0[1+3h+3h2+h3+5]−[1+5]h=lim⁡h→03h+3h2+h3h=lim⁡h→03+3h+h2=3\begin{aligned} y'(1)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{y(1+h)-y(1)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[(1+h)^3+5]-[1^3+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[1+3h+3h^2+h^3+5]-[1+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{3h+3h^2+h^3}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}{3+3h+h^2}\\ &=3 \end{aligned}

따라서 기울기는 3이고, 직선의 방정식은 y−6=3(x−1)y-6=3(x-1) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We can use point-slope form to get the equation of the line, if we have a point and its slope. The point is given: (1,6)(1,6). The slope is the derivative:

y′(1)=lim⁡h→0y(1+h)−y(1)h=lim⁡h→0[(1+h)3+5]−[13+5]h=lim⁡h→0[1+3h+3h2+h3+5]−[1+5]h=lim⁡h→03h+3h2+h3h=lim⁡h→03+3h+h2=3\begin{aligned} y'(1)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{y(1+h)-y(1)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[(1+h)^3+5]-[1^3+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[1+3h+3h^2+h^3+5]-[1+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{3h+3h^2+h^3}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}{3+3h+h^2}\\ &=3 \end{aligned}

So our slope is 3, which gives a line of equation y−6=3(x−1)y-6=3(x-1).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 19번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
25.CLP-1 · 2.2절 · 10번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 f(x)=1xf(x)=\frac{1}{x} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to find the derivative of f(x)=1xf(x)=\frac{1}{x}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

도함수의 정의를 세운다.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01x+h−1xh=lim⁡h→0xx(x+h)−x+hx(x+h)h=lim⁡h→0x−(x+h)x(x+h)h=lim⁡h→0−hx(x+h)h=lim⁡h→0−1x(x+h)=−1x2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{1}{x+h}-\frac{1}{x}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x}{x(x+h)}-\frac{x+h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x-(x+h)}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{-h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{-1}{x(x+h)}\\ &=\frac{-1}{x^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We set up the definition of the derivative.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01x+h−1xh=lim⁡h→0xx(x+h)−x+hx(x+h)h=lim⁡h→0x−(x+h)x(x+h)h=lim⁡h→0−hx(x+h)h=lim⁡h→0−1x(x+h)=−1x2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{1}{x+h}-\frac{1}{x}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x}{x(x+h)}-\frac{x+h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x-(x+h)}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{-h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{-1}{x(x+h)}\\ &=\frac{-1}{x^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 26번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
26.CLP-1 · 2.2절 · 11번우리말 번역

f(x)=x∣x∣f(x) = x|x| 라 하자. 도함수의 정의를 이용하여 f(x)f(x) 가 x=0x = 0 에서 미분가능함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=x∣x∣f(x) = x|x|. Using the definition of the derivative, show that f(x)f(x) is differentiable at x=0x = 0.

정답·풀이 보기

정의에 의해 f′(0)=lim⁡h→0f(h)−f(0)h=lim⁡h→0h∣h∣h=lim⁡h→0∣h∣=0f'(0)=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(h)-f(0)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{h|h|}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}|h|=0 특히 극한이 존재하므로 미분계수가 존재한다(그리고 그 값은 0이다).

원본 교재 풀이(영어)

By definition f′(0)=lim⁡h→0f(h)−f(0)h=lim⁡h→0h∣h∣h=lim⁡h→0∣h∣=0f'(0)=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(h)-f(0)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{h|h|}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}|h|=0 In particular, the limit exists, so the derivative exists (and is equal to zero).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 18번
# 도함수의 뜻증명·논술보통자동 분류
27.CLP-1 · 2.2절 · 12번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 함수 f(x)=2x+1f(x)=\frac{2}{x+1} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to compute the derivative of the function f(x)=2x+1f(x)=\frac{2}{x+1}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

도함수의 정의를 세운다.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(2x+h+1−2x+1)=lim⁡h→02h (x+1)−(x+h+1)(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→02h −h(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→0−2(x+h+1)(x+1)=−2(x+1)2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{2}{x+h+1} -\frac{2}{x+1}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{(x+1)-(x+h+1)}{(x+h+1)(x+1)}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{-h}{(x+h+1)(x+1)} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2}{(x+h+1)(x+1)} =\frac{-2}{(x+1)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We set up the definition of the derivative.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(2x+h+1−2x+1)=lim⁡h→02h (x+1)−(x+h+1)(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→02h −h(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→0−2(x+h+1)(x+1)=−2(x+1)2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{2}{x+h+1} -\frac{2}{x+1}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{(x+1)-(x+h+1)}{(x+h+1)(x+1)}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{-h}{(x+h+1)(x+1)} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2}{(x+h+1)(x+1)} =\frac{-2}{(x+1)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 5번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
28.CLP-1 · 2.2절 · 13번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 함수 f(x)=1x2+3f(x)=\frac{1}{x^2+3} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to compute the derivative of the function f(x)=1x2+3f(x)=\frac{1}{x^2+3}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(1(x+h)2+3−1x2+3)=lim⁡h→01hx2−(x+h)2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→01h−2xh−h2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→0−2x−h[(x+h)2+3][x2+3]=−2x[x2+3]2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{1}{(x+h)^2+3} -\frac{1}{x^2+3}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{x^2-(x+h)^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{-2xh-h^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\boxed{\frac{-2x}{[x^2+3]^2}} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(1(x+h)2+3−1x2+3)=lim⁡h→01hx2−(x+h)2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→01h−2xh−h2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→0−2x−h[(x+h)2+3][x2+3]=−2x[x2+3]2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{1}{(x+h)^2+3} -\frac{1}{x^2+3}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{x^2-(x+h)^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{-2xh-h^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\boxed{\frac{-2x}{[x^2+3]^2}} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 20번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
29.CLP-1 · 2.2절 · 14번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 곡선 f(x)=xlog⁡10(2x+10)f(x)=x\log_{10}(2x+10) 의 x=0x=0 인 점에서의 접선의 기울기를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to find the slope of the tangent line to the curve f(x)=xlog⁡10(2x+10)f(x)=x\log_{10}(2x+10) at the point x=0x=0.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

접선의 기울기는 미분계수이다. 항상 사용하는 도함수의 정의를 이용하여 식을 세운다. 이 극한은 일반적인 xx 에 대해서는 구하기 어렵지만 x=0x=0 일 때는 쉽다.

f′(0)=lim⁡h→0f(0+h)−f(0)h=lim⁡h→0hlog⁡10(2h+10)−0h=lim⁡h→0log⁡10(2h+10)=log⁡10(10)=1\begin{aligned} f'(0)&=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{f(0+h)-f(0)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{h\log_{10}(2h+10)-0}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \log_{10}(2h+10)=\log_{10}(10)=1 \end{aligned}

따라서 접선의 기울기는 1이다.

원본 교재 풀이(영어)

The slope of the tangent line is the derivative. We set this up using the same definition of the derivative that we always do. This limit is hard to take for general xx, but easy when x=0x=0.

f′(0)=lim⁡h→0f(0+h)−f(0)h=lim⁡h→0hlog⁡10(2h+10)−0h=lim⁡h→0log⁡10(2h+10)=log⁡10(10)=1\begin{aligned} f'(0)&=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{f(0+h)-f(0)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{h\log_{10}(2h+10)-0}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \log_{10}(2h+10)=\log_{10}(10)=1 \end{aligned}

So, the slope of the tangent line is 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 22번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
30.CLP-1 · 2.2절 · 15번우리말 번역

정의를 이용하여 직접 f(x)=1x2f(x)=\frac{1}{x^2} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of f(x)=1x2f(x)=\frac{1}{x^2} directly from the definition.

정답·풀이 보기

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01(x+h)2−1x2h=lim⁡h→0x2−(x+h)2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2xh−h2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2x−h(x+h)2x2=−2xx4=−2x3\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{\frac{1}{(x+h)^2}-\frac{1}{x^2}}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{x^2-(x+h)^2}{(x+h)^2x^2h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2xh-h^2}{(x+h)^2x^2h}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{(x+h)^2x^2}=\frac{-2x}{x^4} =-\frac{2}{x^3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01(x+h)2−1x2h=lim⁡h→0x2−(x+h)2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2xh−h2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2x−h(x+h)2x2=−2xx4=−2x3\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{\frac{1}{(x+h)^2}-\frac{1}{x^2}}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{x^2-(x+h)^2}{(x+h)^2x^2h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2xh-h^2}{(x+h)^2x^2h}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{(x+h)^2x^2}=\frac{-2x}{x^4} =-\frac{2}{x^3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 14번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
31.CLP-1 · 2.2절 · 16번우리말 번역

다음 함수가 모든 점에서 미분가능하도록 하는 상수 aa, bb의 값을 구하세요.

f(x)={x2x≤2ax+bx>2\begin{aligned} f(x) = \left\{ \begin{array}{lc} x^2 & x\le 2\\ ax + b & x > 2 \end{array}\right. \end{aligned}

참고: 교재에서 x2x^2 과 ax+bax+b 의 도함수는 이미 배웠다. 이 문제에서는 aa, bb 의 값만 구하면 되고 그 값을 구한 과정을 정당화할 필요는 없으므로, 도함수의 정의를 사용하지 않아도 된다. 그러나 시험에서는 답의 근거를 설명하라고 할 수 있으며, 그 경우에는 도함수의 정의를 이용하여 f(x)f(x) 의 두 부분을 각각 어떻게 미분하는지 보여야 한다.

영어 원문 보기

Find the values of the constants aa and bb for which

f(x)={x2x≤2ax+bx>2\begin{aligned} f(x) = \left\{ \begin{array}{lc} x^2 & x\le 2\\ ax + b & x > 2 \end{array}\right. \end{aligned}

is differentiable everywhere.

Remark: In the text, you have already learned the derivatives of x2x^2 and ax+bax+b. In this question, you are only asked to find the values of aa and bb—not to justify how you got them—so you don't have to use the definition of the derivative. However, on an exam, you might be asked to justify your answer, in which case you would show how to differentiate the two branches of f(x)f(x) using the definition of a derivative.

정답·풀이 보기

xx 가 2가 아닐 때 이 함수는 미분가능하므로, 따져 보아야 할 곳은 xx 가 정확히 2일 때뿐이다.

ff 가 x=2x=2 에서 미분가능하려면 x=2x=2 에서 연속이기도 해야 한다. 따라서 x2∣x=2=[ax+b]x=2x^2\big|_{x=2}=\big[ax+b\big]_{x=2} 이므로 2a+b=42a+b=4 이다.

극한이 존재하려면 좌극한과 우극한이 모두 존재하고 서로 같아야 한다. 미분계수는 극한이므로, ff 가 x=2x=2 에서 미분가능하려면 x=2x=2 에서 ax+bax+b 의 좌미분계수가 x=2x=2 에서 x2x^2 의 우미분계수와 같아야 한다. ax+bax+b 는 직선이므로 그 도함수는 어디에서나 aa 이다. 이미 x2x^2 의 도함수가 2x2x 임을 알고 있으므로 a=2x∣x=2=4a=2x\big|_{x=2}=4 이어야 한다.

따라서 ff 가 모든 점에서 미분가능하도록 하는 aa, bb 의 값은 a=4a=4, b=−4b=-4 이다.

원본 교재 풀이(영어)

When xx is not equal to 2, then the function is differentiable– the only place we have to worry about is when xx is exactly 2.

In order for ff to be differentiable at x=2x=2, it must also be continuous at x=2x=2. This forces x2∣x=2=[ax+b]x=2x^2\big|_{x=2}=\big[ax+b\big]_{x=2} or 2a+b=4.2a+b=4.

In order for a limit to exist, the left- and right-hand limits must exist and be equal to each other. Since a derivative is a limit, in order for ff to be differentiable at x=2x=2, the left hand derivative of ax+bax+b at x=2x=2 must be the same as the right hand derivative of x2x^2 at x=2x=2. Since ax+bax+b is a line, its derivative is aa everywhere. We've already seen the derivative of x2x^2 is 2x2x, so we need a=2x∣x=2=4.a=2x\big|_{x=2}=4.

So, the values of aa and bb that makes ff differentiable everywhere are a=4a=4 and b=−4b=-4.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 15번
# 도함수의 뜻증명·논술보통자동 분류
32.CLP-1 · 2.2절 · 17번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 f(x)=1+xf(x) = \sqrt{1 + x} 일 때 f′(x)f'(x) 를 계산하세요. f′(x)f'(x) 는 어디에서 존재하는지 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to compute f′(x)f'(x) if f(x)=1+xf(x) = \sqrt{1 + x}. Where does f′(x)f'(x) exist?

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 를 도함수의 정의에 대입한다. 극한값을 구하기 위해 분자의 켤레식을 분모와 분자에 곱한 다음 간단히 한다.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01+x+h−1+xh=lim⁡h→01+x+h−1+xh(1+x+h+1+x1+x+h+1+x)=lim⁡h→0(1+x+h)−(1+x)h(1+x+h+1+x)=lim⁡h→0hh(1+x+h+1+x)=lim⁡h→011+x+h+1+x=11+x+0+1+x=121+x\begin{aligned} f'(x)=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h} \left(\frac{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\right)\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{(1+x+h)-(1+x)}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{h}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{1}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{1+x+0}+\sqrt{1+x}}=\frac{1}{2\sqrt{1+x}} \end{aligned}

함수의 정의역은 [−1,∞)[-1,\infty) 이다. 특히 x=−1x=-1 에서 f(x)f(x) 는 정의된다. 그러나 x=−1x=-1 에서 f′(x)f'(x) 는 정의되지 않으므로, f′(x)f'(x) 는 (−1,∞)(-1,\infty) 에서만 존재한다.

참고: lim⁡x→−1+f′(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to -1^+}f'(x)=\infty 이므로, 점 x=−1x=-1 에서 f(x)f(x) 의 접선은 접선이 수직이다.

원본 교재 풀이(영어)

We plug in f(x)f(x) to the definition of a derivative. To evaluate the limit, we multiply and divide by the conjugate of the numerator, then simplify.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01+x+h−1+xh=lim⁡h→01+x+h−1+xh(1+x+h+1+x1+x+h+1+x)=lim⁡h→0(1+x+h)−(1+x)h(1+x+h+1+x)=lim⁡h→0hh(1+x+h+1+x)=lim⁡h→011+x+h+1+x=11+x+0+1+x=121+x\begin{aligned} f'(x)=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h} \left(\frac{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\right)\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{(1+x+h)-(1+x)}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{h}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{1}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{1+x+0}+\sqrt{1+x}}=\frac{1}{2\sqrt{1+x}} \end{aligned}

The domain of the function is [−1,∞)[-1,\infty). In particular, f(x)f(x) is defined when x=−1x=-1. However, f′(x)f'(x) is not defined when x=−1x=-1, so f′(x)f'(x) only exists over (−1,∞)(-1,\infty).

Remark: lim⁡x→−1+f′(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to -1^+}f'(x)=\infty, so the tangent line to f(x)f(x) at the point x=−1x=-1 has a vertical slope.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 16번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
33.CLP-1 · 2.3절 · 2번우리말 번역

p(t)p(t) 가 위젯 tt 개를 판매하여 얻는 이익을 나타내는 함수라고 하자. p′(t)p'(t) 의 실제적인 의미는 무엇인지 설명하세요.

영어 원문 보기

Suppose p(t)p(t) is a function that gives the profit generated by selling tt widgets. What is the practical interpretation of p′(t)p'(t)?

정답·풀이 보기

p′(t)=lim⁡h→0p(t+h)−p(t)h≈p(t+1)−p(t)1=p(t+1)−p(t)p'(t) = \displaystyle\lim_{h \rightarrow 0}\frac{p(t+h)-p(t)}{h} \approx \frac{p(t+1)-p(t)}{1} = p(t+1)-p(t) 이므로, (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} 번째 위젯을 판매함으로써 생기는 이익의 차이이다. 따라서 p′(t)p'(t) 는 (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} 번째 위젯에서 얻는 이익이다. 즉, p′(t)p'(t) 는 tt 개의 위젯이 판매되고 있을 때 위젯 한 개를 추가로 판매할 때마다 늘어나는 이익이다. 이를 tt 개의 위젯이 판매되고 있을 때의 위젯당 한계이익이라고 한다.

원본 교재 풀이(영어)

p′(t)=lim⁡h→0p(t+h)−p(t)h≈p(t+1)−p(t)1=p(t+1)−p(t)p'(t) = \displaystyle\lim_{h \rightarrow 0}\frac{p(t+h)-p(t)}{h} \approx \frac{p(t+1)-p(t)}{1} = p(t+1)-p(t), or the difference in profit caused by the sale of the (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} widget. So, p′(t)p'(t) is the profit from the (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} widget. That is, p′(t)p'(t) is the profit per additional widget sold, when tt widgets are being sold. This is called the marginal profit per widget, when tt widgets are being sold.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 2.1절 · 3번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
34.CLP-1 · 2.3절 · 3번우리말 번역

T(d)T(d) 는 수면 아래 dd 미터의 특정 위치에서 물의 온도를 나타낸다. T′(d)T'(d) 의 물리적 의미는 무엇인지 설명하세요. T′(d)T'(d) 의 크기는 dd 가 0 에 가까울 때와 dd 가 매우 클 때 중 어느 쪽에서 더 클 것으로 예상하는지 설명하세요.

영어 원문 보기

T(d)T(d) gives the temperature of water at a particular location dd metres below the surface. What is the physical interpretation of T′(d)T'(d)? Would you expect the magnitude of T′(d)T'(d) to be larger when dd is near 0, or when dd is very large?

정답·풀이 보기

깊이가 단위 길이만큼 변할 때 온도가 얼마나 빠르게 변하는지를 나타내며, 단위는 도/미터이다. 보통의 물에서는 수면(d=0d=0) 근처의 온도는 햇빛에 따라 꽤 변하지만, 깊은 곳에서는 (열원이 없는 한) 더 안정적이다. 따라서 ∣T′(d)∣|T'(d)| 는 dd 가 0 에 가까울 때 더 클 것이라고 예상하는 것이 합리적이다.

원본 교재 풀이(영어)

How quickly the temperature is changing per unit change of depth, measured in degrees per metre. In an ordinary body of water, the temperature near the surface (d=0d=0) is pretty variable, depending on the sun, but deep down it is more stable (unless there are heat sources). So, one might reasonably expect that ∣T′(d)∣|T'(d)| is larger when dd is near 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 2번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
35.CLP-1 · 2.3절 · 4번우리말 번역

C(w)C(w) 는 특정 요리 ww 그램에 들어 있는 열량(칼로리)을 나타낸다. C′(w)C'(w) 는 무엇을 나타내나요?

영어 원문 보기

C(w)C(w) gives the calories in ww grams of a particular dish. What does C′(w)C'(w) describe?

정답·풀이 보기

C′(w)=lim⁡h→0C(w+h)−C(w)h≈C(w+1)−C(w)1=C(w+1)−C(w)C'(w)=\displaystyle\lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{C(w+h)-C(w)}{h} \approx \dfrac{C(w+1)-C(w)}{1}=C(w+1)-C(w) 이고, 이는 C(w+1)C(w+1) 그램에 들어 있는 열량에서 C(w)C(w) 그램에 들어 있는 열량을 뺀 값이다. 이것은 ww 그램일 때, 1그램이 추가될 때마다 늘어나는 열량이다.

원본 교재 풀이(영어)

C′(w)=lim⁡h→0C(w+h)−C(w)h≈C(w+1)−C(w)1=C(w+1)−C(w)C'(w)=\displaystyle\lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{C(w+h)-C(w)}{h} \approx \dfrac{C(w+1)-C(w)}{1}=C(w+1)-C(w), which is the number of calories in C(w+1)C(w+1) grams minus the number of calories in C(w)C(w) grams. This is the number of calories per additional gram, when there are ww grams.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 7번
# 평균변화율과 미분계수계산보통자동 분류
36.CLP-1 · 2.3절 · 5번우리말 번역

시각 tt 에서 움직이는 물체의 속도가 v(t)v(t) 로 주어진다. v′(t)v'(t) 는 무엇인가요?

영어 원문 보기

The velocity of a moving object at time tt is given by v(t)v(t). What is v′(t)v'(t)?

정답·풀이 보기

속도의 변화율은 가속도이다. (속도가 증가하면 가속하고 있는 것이고, 속도가 감소하면 음의 가속도를 가진다.)

원본 교재 풀이(영어)

The rate of change of velocity is acceleration. (If your velocity is increasing, you're accelerating; if your velocity is decreasing, you have negative acceleration.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 4번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
37.CLP-1 · 2.3절 · 6번우리말 번역

함수 T(j)T(j) 는 물 한 컵에 jj 줄의 열을 가했을 때의 물의 온도를 섭씨 온도(도)로 나타낸다. T′(j)T'(j) 는 무엇인가요?

영어 원문 보기

The function T(j)T(j) gives the temperature in degrees Celsius of a cup of water after jj joules of heat have been added. What is T′(j)T'(j)?

정답·풀이 보기

이 경우 변화율은 가해 준 열과 온도 변화 사이의 관계가 된다. lim⁡h→0T(j+h)−T(j)h≈T(j+1)−T(j)1=T(j+1)−T(j)\displaystyle\lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{T(j+h)-T(j)}{h} \approx \dfrac{T(j+1)-T(j)}{1}=T(j+1)-T(j) 이므로, 1줄의 열을 가한 뒤의 온도 변화량이다. (이것은 열용량 및 비열과 밀접하게 관련되어 있으며, 위키백과에 이에 대한 좋은 설명이 있다.)

원본 교재 풀이(영어)

The rate of change in this case will be the relationship between the heat added and the temperature change. lim⁡h→0T(j+h)−T(j)h≈T(j+1)−T(j)1=T(j+1)−T(j)\displaystyle\lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{T(j+h)-T(j)}{h} \approx \dfrac{T(j+1)-T(j)}{1}=T(j+1)-T(j), or the change in temperature after the application of one joule. (This is closely related to heat capacity and to specific heat — there's a nice explanation of this on Wikipedia.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 3번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
38.CLP-1 · 2.3절 · 7번우리말 번역

일정한 시간 동안 온도 TT 에 둔 세균 집단이 P(T)P(T) 개체로 늘어난다. P′(T)P'(T) 의 의미를 해석하세요.

영어 원문 보기

A population of bacteria, left for a fixed amount of time at temperature TT, grows to P(T)P(T) individuals. Interpret P′(T)P'(T).

정답·풀이 보기

늘 그렇듯이 도함수의 정의를 생각해 보면 도움이 된다. P′(T)=lim⁡h→0P(T+h)=P(T)h≈P(T+1)−P(t)1=P(T+1)−P(T).P'(T) = \displaystyle\lim_{h \rightarrow 0}\dfrac{P(T+h)=P(T)}{h} \approx \dfrac{P(T+1)-P(t)}{1} = P(T+1)-P(T). 이것은 온도가 1도 차이 나는 두 가상의 집단 사이의 개체 수 차이이다. 따라서 이는 온도가 더 높은 실험에서 추가로 존재하는 개체의 수이다(세균이 좋아하는 온도보다 더 높은 조건에서는 예상할 수 있듯이 이 수가 음수일 수도 있다). 그러므로 P′(T)P'(T) 는 온도 1도당 집단에 추가되는 세균의 수이다.

원본 교재 풀이(영어)

As usual, it is instructive to think about the definition of the derivative: P′(T)=lim⁡h→0P(T+h)=P(T)h≈P(T+1)−P(t)1=P(T+1)−P(T).P'(T) = \displaystyle\lim_{h \rightarrow 0}\dfrac{P(T+h)=P(T)}{h} \approx \dfrac{P(T+1)-P(t)}{1} = P(T+1)-P(T). This is the difference in population between two hypothetical populations, raised one degree in temperature apart. So, it is the number of extra individuals that exist in the hotter experiment (with the understanding that this number could be negative, as one would expect in conditions that are hotter than the bacteria prefer). So P′(T)P'(T) is the number of bacteria added to the colony per degree.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 6번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
39.CLP-1 · 2.4절 · 7번우리말 번역

y=x3y=x^3 의 그래프에 대하여 x=12x=\dfrac{1}{2} 에서의 접선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the equation of the tangent line to the graph of y=x3y=x^3 at x=12x=\dfrac{1}{2}.

정답·풀이 보기

이미 ddxx=1\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}x=1 이고 ddxx2=2x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}x^2=2x 임을 알고 있으므로, x3=(x)(x2)x^3=(x)(x^2) 으로 쓰면 x3x^3 의 도함수를 구할 수 있다.

ddxx3=ddx(x)(x2)=(1)(x2)+(x)(2x)=3x2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} x^3 =\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} (x)(x^2) = (1)(x^2)+(x)(2x)=3x^2

이를 x=12x=\frac{1}{2} 에서 계산하면 34\frac{3}{4} 을 얻는다. 또한 (12)3=18\left( \frac{1}{2}\right)^3=\frac{1}{8} 이므로, 접선의 방정식은 다음과 같다.

y−18=34⋅(x−12).\begin{aligned} y - \frac{1}{8} = \frac{3}{4}\cdot \left(x-\frac{1}{2}\right). \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We already know that ddxx=1\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}x=1 and ddxx2=2x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}x^2=2x, so we can compute the derivative of x3x^3 by writing x3=(x)(x2)x^3=(x)(x^2),

ddxx3=ddx(x)(x2)=(1)(x2)+(x)(2x)=3x2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} x^3 =\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} (x)(x^2) = (1)(x^2)+(x)(2x)=3x^2

When this is evaluated at x=12x=\frac{1}{2} we get 34\frac{3}{4}. Since we also compute (12)3=18\left( \frac{1}{2}\right)^3=\frac{1}{8}, the equation of the tangent line is

y−18=34⋅(x−12).\begin{aligned} y - \frac{1}{8} = \frac{3}{4}\cdot \left(x-\frac{1}{2}\right). \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.4절 · 17번
# 다항함수의 미분법그래프·표 해석보통자동 분류
40.CLP-1 · 2.4절 · 9번우리말 번역

2x−12x+1\dfrac{2x-1}{2x+1} 의 도함수를 구하여 간단히 하세요.

영어 원문 보기

Calculate and simplify the derivative of 2x−12x+1\dfrac{2x-1}{2x+1}

정답·풀이 보기

여기에서는 몫의 미분법을 사용할 수 있다.

ddx{2x−12x+1}=(2x+1)(2)−(2x−1)(2)(2x+1)2=4(2x+1)2=1(x+1/2)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{2x-1}{2x+1}\right\}&=\frac{(2x+1)(2)-(2x-1)(2)}{(2x+1)^2} =\frac{4}{(2x+1)^2}=\frac{1}{(x+1/2)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We can use the quotient rule here.

ddx{2x−12x+1}=(2x+1)(2)−(2x−1)(2)(2x+1)2=4(2x+1)2=1(x+1/2)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{2x-1}{2x+1}\right\}&=\frac{(2x+1)(2)-(2x-1)(2)}{(2x+1)^2} =\frac{4}{(2x+1)^2}=\frac{1}{(x+1/2)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.4절 · 2번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류