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

79문제 · 3 / 4쪽

41.CLP-1 · 2.6절 · 3번우리말 번역

f(x)=23x6+5x4+12x2+9f(x)=\frac{2}{3}x^6+5x^4+12x^2+9 를 미분하고 그 결과를 인수분해하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=23x6+5x4+12x2+9f(x)=\frac{2}{3}x^6+5x^4+12x^2+9 and factor the result.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f(x)=23x6+5x4+12x2+9f(x)=\frac{2}{3}x^6+5x^4+12x^2+9 는 다항식이다.

f′(x)=4x5+20x3+24x=4x(x4+5x2+6)=4x((x2)2+5(x2)+6)=4x(x2+2)(x2+3)\begin{aligned} f'(x)&=4x^5+20x^3+24x\\& =4x(x^4+5x^2+6)\\& = 4x((x^2)^2+5(x^2)+6)\\&=4x(x^2+2)(x^2+3) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f(x)=23x6+5x4+12x2+9f(x)=\frac{2}{3}x^6+5x^4+12x^2+9 is a polynomial:

f′(x)=4x5+20x3+24x=4x(x4+5x2+6)=4x((x2)2+5(x2)+6)=4x(x2+2)(x2+3)\begin{aligned} f'(x)&=4x^5+20x^3+24x\\& =4x(x^4+5x^2+6)\\& = 4x((x^2)^2+5(x^2)+6)\\&=4x(x^2+2)(x^2+3) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 13번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
42.CLP-1 · 2.6절 · 4번우리말 번역

s(t)=3t4+5t3−1ts(t)=3t^4+5t^3-\frac{1}{t} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate s(t)=3t4+5t3−1ts(t)=3t^4+5t^3-\frac{1}{t}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

각 항이 tt 의 거듭제곱이 되도록 식을 조금 바꿔 쓸 수 있다:

s(t)=3t4+5t3−t−1s′(t)=4⋅3t3+3⋅5t2−(−1)⋅t−2=12t3+15t2+1t2\begin{aligned} s(t)&=3t^4+5t^3-t^{-1}\\ s'(t)&=4\cdot 3t^{3}+3\cdot 5t^2-(-1)\cdot t^{-2}\\ &=12t^3+15t^2+\frac{1}{t^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We can rewrite slightly to make every term into a power of tt:

s(t)=3t4+5t3−t−1s′(t)=4⋅3t3+3⋅5t2−(−1)⋅t−2=12t3+15t2+1t2\begin{aligned} s(t)&=3t^4+5t^3-t^{-1}\\ s'(t)&=4\cdot 3t^{3}+3\cdot 5t^2-(-1)\cdot t^{-2}\\ &=12t^3+15t^2+\frac{1}{t^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 5번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
43.CLP-1 · 2.6절 · 5번우리말 번역

x(y)=(2y+1y)⋅y3x(y) = \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate x(y)=(2y+1y)⋅y3x(y) = \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3.

정답·풀이 보기

여기서 곱의 미분법을 쓸 수도 있지만, 먼저 간단히 하는 편이 더 쉽다. xx 와 yy 의 역할이 바뀐 것에 혼동하지 말자. xx 는 함수의 이름이고, yy 는 변수이다.

x(y)=(2y+1y)⋅y3=2y4+y2x′(y)=8y3+2y\begin{aligned} x(y) &= \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3\\ &=2y^4+y^2\\ x'(y)&=8y^3+2y \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We could use the product rule here, but it's easier to simplify first. Don't be confused by the role reversal of xx and yy: xx is the name of the function, and yy is the variable.

x(y)=(2y+1y)⋅y3=2y4+y2x′(y)=8y3+2y\begin{aligned} x(y) &= \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3\\ &=2y^4+y^2\\ x'(y)&=8y^3+2y \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 6번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
44.CLP-1 · 2.6절 · 6번우리말 번역

T(x)=x+1x2+3T(x) = \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate T(x)=x+1x2+3T(x) = \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3}.

정답·풀이 보기

ddx{x}=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2\sqrt{x}} 임은 이미 보았지만, 이 공식을 잊어버렸더라도 쉽게 알아낼 수 있다: x=x1/2\sqrt{x}=x^{1/2} 이므로 ddx{x}=12x−1/2=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2}x^{-1/2}=\frac{1}{2\sqrt{x}} 이다.

몫의 미분법을 사용하면:

T(x)=x+1x2+3T′(x)=(x2+3)(12x)−(x+1)(2x)(x2+3)2\begin{aligned} T(x) &= \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3}\\ T'(x)&=\frac{(x^2+3)\left(\frac{1}{2\sqrt{x}}\right)-(\sqrt{x}+1)(2x)}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We've already seen that ddx{x}=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2\sqrt{x}}, but if you forget this formula it is easy to figure out: x=x1/2\sqrt{x}=x^{1/2}, so ddx{x}=12x−1/2=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2}x^{-1/2}=\frac{1}{2\sqrt{x}}.

Using the quotient rule:

T(x)=x+1x2+3T′(x)=(x2+3)(12x)−(x+1)(2x)(x2+3)2\begin{aligned} T(x) &= \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3}\\ T'(x)&=\frac{(x^2+3)\left(\frac{1}{2\sqrt{x}}\right)-(\sqrt{x}+1)(2x)}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 7번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
45.CLP-1 · 2.6절 · 7번우리말 번역

(7x+2x2+3)\left(\dfrac{7x+2}{x^2+3}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (7x+2x2+3)\left(\dfrac{7x+2}{x^2+3}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 사용한다:

(x2+3)⋅7−2x⋅(7x+2)(x2+3)2=21−4x−7x2(x2+3)2\begin{aligned} \frac{(x^2+3)\cdot 7 - 2x\cdot (7x+2)}{(x^2+3)^2}=\frac{21 - 4x - 7x^2}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

(x2+3)⋅7−2x⋅(7x+2)(x2+3)2=21−4x−7x2(x2+3)2\begin{aligned} \frac{(x^2+3)\cdot 7 - 2x\cdot (7x+2)}{(x^2+3)^2}=\frac{21 - 4x - 7x^2}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 17번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
46.CLP-1 · 2.6절 · 8번우리말 번역

f(x)=(3x3+4x2+x+1)(2x+5)f(x)=(3x^3+4x^2+x+1)(2x+5) 일 때, f′(0)f'(0) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

What is f′(0)f'(0), when f(x)=(3x3+4x2+x+1)(2x+5)f(x)=(3x^3+4x^2+x+1)(2x+5)?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

이 다항식을 곱하여 보통의 꼴로 나타내는 대신, 곱의 미분법을 사용할 수 있다. f1(x)=3x3+4x2+x+1f_1(x)=3x^3+4x^2+x+1 이고 f2(x)=2x+5f_2(x)=2x+5 이면 f1′(x)=9x2+8x+1f_1'(x)=9x^2+8x+1 이고 f2′(x)=2f_2'(x)=2 이다. 그러면

f′(0)=f1′(0)f2(0)+f1(0)f2′(0)=(1)(5)+(1)(2)=7\begin{aligned} f'(0)&=f_1'(0)f_2(0)+f_1(0)f_2'(0)\\ &=(1)(5)+(1)(2)=7\end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Instead of multiplying to get our usual form of this polynomial, we can use the product rule. If f1(x)=3x3+4x2+x+1f_1(x)=3x^3+4x^2+x+1 and f2(x)=2x+5f_2(x)=2x+5, then f1′(x)=9x2+8x+1f_1'(x)=9x^2+8x+1 and f2′(x)=2f_2'(x)=2. Then

f′(0)=f1′(0)f2(0)+f1(0)f2′(0)=(1)(5)+(1)(2)=7\begin{aligned} f'(0)&=f_1'(0)f_2(0)+f_1(0)f_2'(0)\\ &=(1)(5)+(1)(2)=7\end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 9번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
47.CLP-1 · 2.6절 · 9번우리말 번역

f(x)=3x3+1x2+5xf(x)=\dfrac{3x^3+1}{x^2+5x} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=3x3+1x2+5xf(x)=\dfrac{3x^3+1}{x^2+5x}.

정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용하면 f′(x)=(x2+5x)(9x2)−(3x3+1)(2x+5)(x2+5x)2=3x4+30x3−2x−5(x2+5x)2f'(x) = \frac{(x^2+5x)(9x^2)-(3x^3+1)(2x+5)}{(x^2+5x)^2} = \frac{3x^4+30x^3-2x-5}{(x^2+5x)^2}

원본 교재 풀이(영어)

Using the quotient rule, f′(x)=(x2+5x)(9x2)−(3x3+1)(2x+5)(x2+5x)2=3x4+30x3−2x−5(x2+5x)2f'(x) = \frac{(x^2+5x)(9x^2)-(3x^3+1)(2x+5)}{(x^2+5x)^2} = \frac{3x^4+30x^3-2x-5}{(x^2+5x)^2}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 19번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
48.CLP-1 · 2.6절 · 10번우리말 번역

(3x2+52−x)\left(\dfrac{3x^2+5}{2-x}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (3x2+52−x)\left(\dfrac{3x^2+5}{2-x}\right)

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용한다:

(2−x)(6x)−(3x2+5)(−1)(2−x)2=−3x2+12x+5(x−2)2\begin{aligned} \frac{(2-x)(6x)-(3x^2+5)(-1)}{(2-x)^2}=\frac{-3x^2+12x+5}{(x-2)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

(2−x)(6x)−(3x2+5)(−1)(2−x)2=−3x2+12x+5(x−2)2\begin{aligned} \frac{(2-x)(6x)-(3x^2+5)(-1)}{(2-x)^2}=\frac{-3x^2+12x+5}{(x-2)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.1절 · 8번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
49.CLP-1 · 2.6절 · 11번우리말 번역

(2−x23x2+5)\left(\dfrac{2-x^2}{3x^2+5}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (2−x23x2+5)\left(\dfrac{2-x^2}{3x^2+5}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용한다:

(3x2+5)(−2x)−(2−x2)(6x)(3x2+5)2=−22x(3x2+5)2\begin{aligned} \frac{(3x^2+5)(-2x) - (2-x^2)(6x)}{(3x^2+5)^2}=\frac{-22x}{(3x^2+5)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

(3x2+5)(−2x)−(2−x2)(6x)(3x2+5)2=−22x(3x2+5)2\begin{aligned} \frac{(3x^2+5)(-2x) - (2-x^2)(6x)}{(3x^2+5)^2}=\frac{-22x}{(3x^2+5)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 10번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
50.CLP-1 · 2.6절 · 12번우리말 번역

(2x3+1x+2)\left(\dfrac{2x^3+1}{x+2}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (2x3+1x+2)\left(\dfrac{2x^3+1}{x+2}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용한다:

6x2⋅(x+2)−(2x3+1)⋅1(x+2)2=4x3+12x2−1(x+2)2\begin{aligned} \frac{6x^2\cdot (x+2)-(2x^3+1)\cdot 1}{(x+2)^2}=\frac{4x^3+12x^2-1}{(x+2)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

6x2⋅(x+2)−(2x3+1)⋅1(x+2)2=4x3+12x2−1(x+2)2\begin{aligned} \frac{6x^2\cdot (x+2)-(2x^3+1)\cdot 1}{(x+2)^2}=\frac{4x^3+12x^2-1}{(x+2)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.1절 · 10번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
51.CLP-1 · 2.6절 · 13번우리말 번역

xx 의 어떤 값에서 x1−x2\dfrac{\sqrt{x}}{1-x^2} 의 도함수가 존재하는지 구하세요. 답을 설명하세요.

영어 원문 보기

For what values of xx does the derivative of x1−x2\dfrac{\sqrt{x}}{1-x^2} exist? Explain your answer.

정답·풀이 보기

이 함수의 도함수는

(1−x2)⋅12x−x⋅(−2x)(1−x2)2=(1−x2)−2x⋅(−2x)2x(1−x2)2\begin{aligned} \frac{(1-x^2)\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}} - \sqrt{x} \cdot (-2x)}{(1-x^2)^2} &= \frac{(1-x^2) - 2x \cdot (-2x)}{2\sqrt{x}(1-x^2)^2} \end{aligned}

이다.

도함수는 x<0x<0 이거나 x=0,±1x = 0,\pm 1 이면 정의되지 않는다 (제곱근은 x<0x<0 일 때 정의되지 않고, 분모는 x=0,1,−1x=0,1,-1 일 때 0이 되기 때문이다. 이를 종합하면 도함수는 x>0,x≠1x>0, x\neq 1 일 때 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

The derivative of the function is

(1−x2)⋅12x−x⋅(−2x)(1−x2)2=(1−x2)−2x⋅(−2x)2x(1−x2)2\begin{aligned} \frac{(1-x^2)\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}} - \sqrt{x} \cdot (-2x)}{(1-x^2)^2} &= \frac{(1-x^2) - 2x \cdot (-2x)}{2\sqrt{x}(1-x^2)^2} \end{aligned}

The derivative is undefined if either x<0x<0 or x=0,±1x = 0,\pm 1 (since the square-root is undefined for x<0x<0 and the denominator is zero when x=0,1,−1x=0,1,-1. Putting this together — the derivative exists for x>0,x≠1x>0, x\neq 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.1절 · 11번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
52.CLP-1 · 2.6절 · 14번우리말 번역

f(x)=(3x5+15x3+8)(3x2+8x−5)f(x)=\left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(3x^2+8x-5\right) 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(3x5+15x3+8)(3x2+8x−5)f(x)=\left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(3x^2+8x-5\right).

정답·풀이 보기

곱의 미분법을 쓰는 것이 전개하는 것보다 빠른 것 같다.

f′(x)=ddx{3x5+15x3+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=ddx{3x15+15x13+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=(35x−45+5x−23)(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)(6x+8)\begin{aligned} f'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3{x}^{\frac{1}{5}}+15{x}^{\frac{1}{3}}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\left(\frac{3}{5}{x}^{\frac{-4}{5}}+5{x}^{\frac{-2}{3}}\right)\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(6x+8\right) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Using the product rule seems faster than expanding.

f′(x)=ddx{3x5+15x3+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=ddx{3x15+15x13+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=(35x−45+5x−23)(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)(6x+8)\begin{aligned} f'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3{x}^{\frac{1}{5}}+15{x}^{\frac{1}{3}}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\left(\frac{3}{5}{x}^{\frac{-4}{5}}+5{x}^{\frac{-2}{3}}\right)\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(6x+8\right) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 3번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
53.CLP-1 · 2.6절 · 15번우리말 번역

f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)xf(x)=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)xf(x)=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x}.

정답·풀이 보기

몫의 미분법을 피하기 위해 분모로 나누어 식을 정리할 수 있다.

f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x−1/2+x−2/3)이제, 곱의 미분법:f′(x)=(2x+5)(x−1/2+x−2/3)+(x2+5x+1)(−12x−3/2−23x−5/3)\begin{aligned} f(x)&=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x} =(x^2+5x+1)\dfrac{(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x}\\ &=(x^2+5x+1)(x^{-1/2}+x^{-2/3}) \\ \text{이제, 곱의 미분법:} \\ f'(x)&=(2x+5)(x^{-1/2}+x^{-2/3})+(x^2+5x+1)\left(\frac{-1}{2}x^{-3/2}-\frac{2}{3}x^{-5/3}\right) \end{aligned}

(다르게 간단히 했거나 몫의 미분법을 사용했다면 아마 다른 모양의 답을 얻었을 것이다. 그러나 도함수는 하나뿐이므로, 올바른 답은 모두 충분히 식을 정리하면 같은 모양이 된다.)

원본 교재 풀이(영어)

To avoid the quotient rule, we can divide through the denominator:

f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x−1/2+x−2/3)Now, product rule:f′(x)=(2x+5)(x−1/2+x−2/3)+(x2+5x+1)(−12x−3/2−23x−5/3)\begin{aligned} f(x)&=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x} =(x^2+5x+1)\dfrac{(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x}\\ &=(x^2+5x+1)(x^{-1/2}+x^{-2/3}) \\ \text{Now, product rule:} \\ f'(x)&=(2x+5)(x^{-1/2}+x^{-2/3})+(x^2+5x+1)\left(\frac{-1}{2}x^{-3/2}-\frac{2}{3}x^{-5/3}\right) \end{aligned}

(If you simplified differently, or used the quotient rule, you probably came up with a different-looking answer. There is only one derivative, though, so all correct answers will look the same after sufficient algebraic manipulation.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 14번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
54.CLP-1 · 2.13절 · 7번우리말 번역

f(x)=x2−2πx+cos⁡(x)−1f(x)=x^2-2\pi x+ \cos(x)-1 이라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=x2−2πx+cos⁡(x)−1f(x)=x^2-2\pi x+ \cos(x)-1. Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=f(2π)=0f(0)=f(2\pi)=0 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 cc 가 (0,2π)(0,2\pi) 에 존재한다고 결론지을 수 있다. f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=f(2π)=0f(0)=f(2\pi)=0. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers), we conclude that there exists cc in (0,2π)(0,2\pi) such that f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 4번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
55.CLP-1 · 2.13절 · 8번우리말 번역

f(x)=ex+(1−e)x2−1f(x)=e^x + (1-e)x^2 - 1 이라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=ex+(1−e)x2−1f(x)=e^x + (1-e)x^2 - 1. Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=f(1)=0f(0)=f(1)=0 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 c∈(0,1)c\in (0,1) 이 존재함을 얻는다. f′(c)=f(1)−f(0)1−0=0.f'(c)=\frac{f(1)- f(0)}{1 - 0} = 0.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=f(1)=0f(0)=f(1)=0. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers), we get that there exists c∈(0,1)c\in (0,1) such that f′(c)=f(1)−f(0)1−0=0.f'(c)=\frac{f(1)- f(0)}{1 - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 9번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
56.CLP-1 · 2.13절 · 9번우리말 번역

f(x)=3+sin⁡(x)+(x−π)2f(x)=\sqrt{3 + \sin(x)} + (x - \pi)^2 이라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=3+sin⁡(x)+(x−π)2f(x)=\sqrt{3 + \sin(x)} + (x - \pi)^2. Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=f(2π)=3+π2f(0)=f(2\pi)=\sqrt{3} + \pi^2 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(3+sin⁡x>03+\sin x>0 이므로 이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 c∈(0,2π)c\in (0,2\pi) 가 존재함을 얻는다. f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=f(2π)=3+π2f(0)=f(2\pi)=\sqrt{3} + \pi^2. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers since 3+sin⁡x>03+\sin x>0), we get that there exists c∈(0,2π)c\in (0,2\pi) such that f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 6번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
57.CLP-1 · 2.13절 · 10번우리말 번역

f(x)=xcos⁡(x)−xsin⁡(x)f(x)=x\cos(x) - x\sin(x) 라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=xcos⁡(x)−xsin⁡(x)f(x)=x\cos(x) - x\sin(x). Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=0f(0)=0 이고 f(π/4)=0f(\pi/4)=0 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능함에 유의한다) c∈(0,π/4)c\in (0,\pi/4) 이고 f′(c)=f(π/4)−f(0)π/4−0=0.f'(c)=\frac{f(\pi/4)- f(0)}{\pi/4 - 0} = 0. 인 cc 가 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=0f(0)=0 and f(π/4)=0f(\pi/4)=0. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers), we get that there exists c∈(0,π/4)c\in (0,\pi/4) such that f′(c)=f(π/4)−f(0)π/4−0=0.f'(c)=\frac{f(\pi/4)- f(0)}{\pi/4 - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.4절 · 30번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
58.CLP-1 · 2.13절 · 11번우리말 번역

함수 f(x)=3x−sin⁡xf(x)=3x-\sin x 의 근은 몇 개인가요?

영어 원문 보기

How many roots does the function f(x)=3x−sin⁡xf(x)=3x-\sin x have?

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정답·풀이 보기

간단히 살펴보면 x=0x=0 은 f(x)f(x) 의 근이다. 이제 다른 근이 있을 수 있는지가 문제이다. f(x)f(x) 는 모든 실수에서 미분가능하므로, 또 다른 근 aa 가 있다면 롤의 정리에 의해 00 과 aa 사이의 어떤 cc 에 대해 f′(c)=0f'(c)=0 이다. 그런데 f′(x)=3−cos⁡xf'(x)=3-\cos x 는 결코 00 이 되지 않는다. 따라서 두 번째 근은 없으며, f(x)f(x) 의 근은 정확히 하나이다.

원본 교재 풀이(영어)

By inspection, we see x=0x=0 is a root of f(x)f(x). The question now is whether there could possibly be other roots. Since f(x)f(x) is differentiable over all real numbers, if there is another root aa, then by Rolle's Theorem, f′(c)=0f'(c)=0 for some cc strictly between 00 and aa. However, f′(x)=3−cos⁡xf'(x)=3-\cos x is never zero. So, there is no second root: f(x)f(x) has precisely one root.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 10번
# 롤의 정리와 평균값 정리계산보통자동 분류
59.CLP-1 · 2.13절 · 12번우리말 번역

함수 f(x)=(4x+1)416+xf(x)=\dfrac{(4x+1)^4}{16}+x 의 근은 몇 개인가요?

영어 원문 보기

How many roots does the function f(x)=(4x+1)416+xf(x)=\dfrac{(4x+1)^4}{16}+x have?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)f(x) 는 모든 실수에서 연속이고 미분가능하다. aa 와 bb 가 f(x)f(x) 의 서로 다른 근이면, aa 와 bb 사이의 어떤 cc 에 대해 f′(c)=0f'(c)=0 이다(롤의 정리). 그러므로 f′(x)f'(x) 를 생각해 보자. f′(x)=(4x+1)3+1f'(x)=(4x+1)^3+1 이 식은 간단하여 영점을 직접 구할 수 있다. (4x+1)3+1=0⇔(4x+1)3=−1⇔4x+1=−1⇔4x=−2(4x+1)^3 +1= 0 \quad \Leftrightarrow \quad (4x+1)^3 = -1 \quad \Leftrightarrow \quad 4x+1 = -1 \quad \Leftrightarrow \quad 4x=-2 따라서 f′(c)=0f'(c)=0 인 것은 c=−12c=\dfrac{-1}{2} 일 때뿐이다. 도함수의 영점이 하나뿐이라는 사실은 매우 유용하다. 이는 (롤의 정리에 의해) f(x)f(x) 가 서로 다른 근 aa, bb (a<ba<b)를 가지면 반드시 a<−12<ba < \dfrac{-1}{2} < b 여야 함을 뜻한다. 또한 이는 f(x)f(x) 가 a<b<qa<b<q 인 서로 다른 세 근 a,ba,b 와 (예를 들어) qq 를 가질 수 없음을 뜻한다. 그렇게 되면 롤의 정리에 의해 f′(x)f'(x) 가 aa 와 bb 사이에 하나, bb 와 qq 사이에 또 하나, 모두 두 개의 영점을 갖게 되기 때문이다.

지금까지 f(x)f(x) 는 근이 많아야 두 개이며, 근이 두 개 있다면 그 근들이 어디에 있을 수 있는지를 알았다. 그러나 이것만으로는 f(x)f(x) 의 근이 0개, 1개, 2개 중 무엇인지 알 수 없다.

f(x)f(x) 의 근을 눈으로 어림해서 찾기는 쉽지 않다. 하지만 f(x)f(x) 와 f′(x)f'(x) 의 다음 성질을 이용하면 y=f(x)y=f(x) 의 그래프를 충분히 파악하여 근이 정확히 몇 개인지 알 수 있다.

  • xx 가 ±∞\pm \infty 로 갈 때, f(x)f(x) 는 +∞+\infty 로 간다.
  • 도함수 f′(x)=(4x+1)3+1f'(x)=(4x+1)^3+1 은 x<−12x<-\frac{1}{2} 일 때 음수이고 x>−12x>-\frac{1}{2} 일 때 양수이다. 즉, f(x)f(x) 는 x<−12x<-\frac{1}{2} 에서 감소하고 x>−12x>-\frac{1}{2} 에서 증가한다.
  • f(−12)=116−12<0f\left(-\frac{1}{2}\right)=\frac{1}{16}-\frac{1}{2}<0.

따라서 이 함수는 다음 그래프와 비슷한 모양이어야 한다.

그림

다만 xx절편의 위치는 아직 확실하지 않다. 현재 알고 있는 것은 하나는 x=−1/2x=-1/2 의 왼쪽에, 다른 하나는 오른쪽에 있다는 것뿐이다.

xx 가 아주 작은 음수에서 아주 큰 양수로 증가할 때 f(x)f(x) 가 어떻게 변하는지 살펴보자.

  • xx 가 절댓값이 큰 음수일 때, f(x)>0f(x)>0 이다.
  • xx 가 증가하면 f(x)f(x) 는 x=−12x=-\frac{1}{2} 까지 연속적으로 감소하며, 그곳에서 f(x)<0f(x)<0 이다. 특히 f(−1)=6516>0f(-1)=\frac{65}{16}>0 이고 f(−12)<0f\big(-\frac{1}{2}\big)<0 이며 f(x)f(x) 가 연속이므로, 사잇값 정리에 의해 f(x)f(x) 는 −12-\frac{1}{2} 과 −1-1 사이의 어떤 xx 에서 값 0을 갖는다. 더 풀어서 말하면, xx 가 매우 작은 음수에서 −12-\frac{1}{2} 까지 증가하는 동안 f(x)f(x) 는 0을 정확히 한 번 지난다.
  • xx 가 −12-\frac{1}{2} 을 넘어 증가하면 f(x)f(x) 는 연속적으로 증가하여, 음수에서 시작해 xx 가 커질 때 매우 큰 양수가 된다. 특히 f(0)=116>0f(0)=\frac{1}{16}>0 이고 f(−12)<0f\big(-\frac{1}{2}\big)<0 이며 f(x)f(x) 가 연속이므로, 사잇값 정리에 의해 f(x)f(x) 는 −12-\frac{1}{2} 과 00 사이의 어떤 xx 에서 값 0을 갖는다. 따라서 xx 가 −12-\frac{1}{2} 에서 +∞+\infty 가까이로 증가하는 동안 f(x)f(x) 는 다시 0을 정확히 한 번 지난다.

그러므로 f(x)f(x) 의 근은 정확히 두 개이며, 하나는 x<−12x<-\frac{1}{2} 에, 다른 하나는 x>−12x>-\frac{1}{2} 에 있다.

원본 교재 풀이(영어)

The function f(x)f(x) is continuous and differentiable over all real numbers. If aa and bb are distinct roots of f(x)f(x), then f′(c)=0f'(c)=0 for some cc strictly between aa and bb (Rolle's Theorem). So, let's think about f′(x)f'(x). f′(x)=(4x+1)3+1f'(x)=(4x+1)^3+1 This is simple enough that we can find its zero explicitly: (4x+1)3+1=0⇔(4x+1)3=−1⇔4x+1=−1⇔4x=−2(4x+1)^3 +1= 0 \quad \Leftrightarrow \quad (4x+1)^3 = -1 \quad \Leftrightarrow \quad 4x+1 = -1 \quad \Leftrightarrow \quad 4x=-2 Hence f′(c)=0f'(c)=0 only when c=−12c=\dfrac{-1}{2}. That the derivative only has a single zero is very useful. It means (via Rolle's theorem) that if f(x)f(x) has distinct roots aa and bb with a<ba<b, then we must have a<−12<ba < \dfrac{-1}{2} < b. This also means that f(x)f(x) cannot have 3 distinct roots a,ba,b and (say) qq with a<b<qa<b<q, because then Rolle's theorem would imply that f′(x)f'(x) would have two zeros — one between aa and bb and another between bb and qq.

We've learned that f(x)f(x) has at most two roots, and we've learned something about where those roots can exist, if there are indeed two of them. But that means f(x)f(x) could have 0, 1, or 2 roots.

It's not easy to find a root of f(x)f(x) by inspection. But we can get a good enough picture of the graph of y=f(x)y=f(x) to tell exactly how many roots there are, just by exploiting the following properties of f(x)f(x) and f′(x)f'(x).

  • As xx tends to ±∞\pm \infty, f(x)f(x) tends to +∞+\infty.
  • The derivative f′(x)=(4x+1)3+1f'(x)=(4x+1)^3+1 is negative for x<−12x<-\frac{1}{2} and is positive for x>−12x>-\frac{1}{2}. That is, f(x)f(x) is decreasing for x<−12x<-\frac{1}{2} and increasing for x>−12x>-\frac{1}{2}.
  • f(−12)=116−12<0f\left(-\frac{1}{2}\right)=\frac{1}{16}-\frac{1}{2}<0.

This means the function must look something like the graph below:

figure

except we are unsure of the locations of the xx-intercepts. At present we only know that one is to the left of x=−1/2x=-1/2 and one is to the right.

Note what happens to f(x)f(x) as xx increases from strongly negative values to strongly positive values.

  • When xx is large and negative, f(x)>0f(x)>0.
  • As xx increases, f(x)f(x) decreases continuously until x=−12x=-\frac{1}{2}, where f(x)<0f(x)<0. In particular, since f(−1)=6516>0f(-1)=\frac{65}{16}>0 and f(−12)<0f\big(-\frac{1}{2}\big)<0 and f(x)f(x) is continuous, the intermediate value theorem guarantees that f(x)f(x) takes the value zero for some xx between −12-\frac{1}{2} and −1-1. More descriptively put, as xx increases from hugely negative numbers to −12-\frac{1}{2}, f(x)f(x) passes through zero exactly once.
  • As xx increases beyond −12-\frac{1}{2}, f(x)f(x) increases continuously, starting negative and becoming very large and positive when xx becomes large and positive. In particular, since f(0)=116>0f(0)=\frac{1}{16}>0 and f(−12)<0f\big(-\frac{1}{2}\big)<0 and f(x)f(x) is continuous, the intermediate value theorem guarantees that f(x)f(x) takes the value zero for some xx between −12-\frac{1}{2} and 00. So, as xx increases from −12-\frac{1}{2} to near +∞+\infty, f(x)f(x) again passes through zero exactly once.

So f(x)f(x) must have exactly two roots, one with x<−12x<-\frac{1}{2} and one with x>−12x>-\frac{1}{2}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.4절 · 36번
# 롤의 정리와 평균값 정리계산보통자동 분류
60.CLP-1 · 2.13절 · 13번우리말 번역

함수 f(x)=x3+sin⁡(x5)f(x)=x^3+\sin\left(x^5\right) 의 근은 몇 개인지 구하세요.

영어 원문 보기

How many roots does the function f(x)=x3+sin⁡(x5)f(x)=x^3+\sin\left(x^5\right) have?

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정답·풀이 보기
  • 살펴보면 f(0)=0f(0)=0 임을 알 수 있으므로 근이 적어도 하나는 있다. 다른 근이 있는지, 있다면 몇 개인지 판단해야 한다.
  • 함수 f(x)f(x) 는 두 항 x3x^3 과 sin⁡(x5)\sin(x^5) 의 합이다. 어떤 수 xx 가 f(x)f(x) 의 근이 되는 것은 그 xx 의 값에서 두 항이 서로 정확히 상쇄될 때, 그리고 그때에 한한다. 즉, xx 가 ff 의 근일 필요충분조건은 x3=−sin⁡(x5)x^3=-\sin(x^5) 이다. 다른 근을 찾기 위한 감을 얻도록, 같은 그림에 y=x3y=x^3 과 y=−sin⁡(x5)y=-\sin(x^5) 의 그래프를 그린다. 그러면 f(x)f(x) 의 근은 정확히 두 곡선 y=x3y=x^3 과 y=−sin⁡(x5)y= -\sin(x^5) 가 만나는 점의 xx 값이다.

그림

  • 그래프를 보면 두 곡선은 ∣x∣>1|x|>1 인 점에서는 결코 만날 수 없다. ∣x∣>1|x|>1 이면 ∣x3∣>1|x^3|>1 이지만 ∣−sin⁡(x5)∣≤1|-\sin (x^5)|\le 1 이므로 x3=−sin⁡(x5)x^3=-\sin(x^5) 일 수 없기 때문이다. 즉, f(x)f(x) 의 모든 근은 구간 [−1,1][-1,1] 에 있다.
  • 그래프로 보아 y=x3y=x^3 과 y=−sin⁡(x5)y=-\sin(x^5) 는 x=0x=0 에서만 만난다고 짐작할 수 있다. 롤의 정리를 이용하여 실제로 그러함을 확인할 수 있다.
  • a≠0a \neq 0 인 근이 있다고 하면, 롤의 정리에 의해 (f(x)f(x) 는 모든 실수 xx 에 대해 연속이고 미분가능하므로) 00 과 aa 사이의 어떤 cc 에 대해 f′(c)=0f'(c)=0 이다. 특히, 근 aa 가 있다면 −1-1 과 11 사이에 있음을 이미 알고 있으므로, f(x)f(x) 가 근을 두 개 가지면 어떤 c∈(−1,0)∪(0,1)c \in (-1,0) \cup (0,1) 에 대해 f′(c)=0f'(c)=0 이다.
  • ff 의 도함수는

f′(x)=3x2+5x4cos⁡(x5)=x2(3+5x2cos⁡(x5))f'(x)=3x^2+5x^4\cos\big(x^5\big)=x^2\left(3+5x^2\cos\big(x^5\big)\right)

이다. 따라서 f′(x)=0f'(x)=0 이면 x=0x=0 또는 (3+5x2cos⁡(x5))=0\left(3+5x^2\cos\left(x^5\right)\right)=0 이다. x∈(−1,0)∪(0,1)x \in (-1,0) \cup (0,1) 이면

∣x∣<1  ⟹  ∣x5∣<1<π2  ⟹  cos⁡(x5)>0  ⟹  3+5x2cos⁡(x5)>3  ⟹  f′(x)≠0\begin{aligned} |x|<1 &\implies |x^5|<1<\tfrac{\pi}{2} \implies \cos\big(x^5\big)>0 \\ &\implies 3+5x^2\cos\big(x^5\big) > 3 \\ &\implies f'(x) \neq 0 \end{aligned}

이다. 즉, f′(c)=0f'(c)=0 인 c∈(−1,0)∪(0,1)c \in (-1,0) \cup (0,1) 은 없다. 그러므로 바로 앞의 항목에 따라 f(x)f(x) 의 근은 하나뿐이다.

여기서 f′(x)f'(x) 는 영점이 많음에 주목하자. 사실은 무수히 많다. 그러나 구간 (−1,1)(-1,1) 에서 f′(x)f'(x) 의 근은 x=0x=0 뿐이다.

원본 교재 풀이(영어)
  • We can see by inspection that f(0)=0f(0)=0, so there is at least one root. We have to determine how many any other roots there are, if any.
  • The function f(x)f(x) is the sum of the two terms x3x^3 and sin⁡(x5)\sin(x^5). A number xx is a root of f(x)f(x) if and only if the two terms cancel each other exactly for that value of xx. That is, xx is a root of ff if and only if x3=−sin⁡(x5)x^3=-\sin(x^5). To develope some intuition in our hunt for other roots, we sketch, in the same figure, the graphs y=x3y=x^3 and y=−sin⁡(x5)y=-\sin(x^5). Then the roots of f(x)f(x) are precisely the xx's where the two curves y=x3y=x^3 and y=−sin⁡(x5)y= -\sin(x^5) intersect.

figure

  • Looking at the sketch, we see that the two curves cannot possibly intersect at any point having ∣x∣>1|x|>1 — if ∣x∣>1|x|>1, then ∣x3∣>1|x^3|>1 but ∣−sin⁡(x5)∣≤1|-\sin (x^5)|\le 1 and we cannot possibly have x3=−sin⁡(x5)x^3=-\sin(x^5). That is, all roots of f(x)f(x) are in the interval [−1,1][-1,1].
  • From the sketch, we would probably guess that y=x3y=x^3 and y=−sin⁡(x5)y=-\sin(x^5) cross only at x=0x=0. We can use Rolle's Theorem to verify that that is indeed the case.
  • If there is a root a≠0a \neq 0, then by Rolle's Theorem (since f(x)f(x) is continuous and differentiable for all real numbers xx) f′(c)=0f'(c)=0 for some cc strictly between 00 and aa. In particular, since we already know any roots aa will be between −1-1 and 11, if f(x)f(x) has two roots then f′(c)=0f'(c)=0 for some c∈(−1,0)∪(0,1)c \in (-1,0) \cup (0,1).
  • The derivative of ff is

f′(x)=3x2+5x4cos⁡(x5)=x2(3+5x2cos⁡(x5))f'(x)=3x^2+5x^4\cos\big(x^5\big)=x^2\left(3+5x^2\cos\big(x^5\big)\right)

So, if f′(x)=0f'(x)=0, then x=0x=0 or (3+5x2cos⁡(x5))=0\left(3+5x^2\cos\left(x^5\right)\right)=0. If x∈(−1,0)∪(0,1)x \in (-1,0) \cup (0,1), then

∣x∣<1  ⟹  ∣x5∣<1<π2  ⟹  cos⁡(x5)>0  ⟹  3+5x2cos⁡(x5)>3  ⟹  f′(x)≠0\begin{aligned} |x|<1 &\implies |x^5|<1<\tfrac{\pi}{2} \implies \cos\big(x^5\big)>0 \\ &\implies 3+5x^2\cos\big(x^5\big) > 3 \\ &\implies f'(x) \neq 0 \end{aligned}

That is, there is no c∈(−1,0)∪(0,1)c \in (-1,0) \cup (0,1) with f′(c)=0f'(c)=0. Therefore, following our last bullet point, f(x)f(x) has only one root.

Note here that f′(x)f'(x) has many zeroes — infinitely many, in fact. However, x=0x=0 is the only root of f′(x)f'(x) in the interval (−1,1)(-1,1).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 12번
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