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

79문제 · 4 / 4쪽

61.CLP-1 · 2.13절 · 14번우리말 번역

방정식 ex=4cos⁡(2x)e^x=4\cos(2x) 는 양의 실수 해를 몇 개 가지는지 구하세요.

영어 원문 보기

How many positive-valued solutions does the equation ex=4cos⁡(2x)e^x=4\cos(2x) have?

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정답·풀이 보기

방정식 ex=4cos⁡(2x)e^x = 4\cos(2x) 의 양의 해의 개수를 구하려고 한다. 아래 그림은 y=exy=e^x 와 y=4cos⁡(2x)y= 4\cos(2x) 의 그래프이다. ex=4cos⁡(2x)e^x = 4\cos(2x) 의 해는 y=exy=e^x 와 y=4cos⁡(2x)y= 4\cos(2x) 가 만나는 점의 xx 값과 정확히 같다.

그림

x≥0x\ge 0 에서 두 그래프는 정확히 한 번 만나는 것으로 보이며, 그 교점은 x=0x=0 과 x=1x=1 사이에 있다. 실제로 [ex−4cos⁡(2x)]x=0=−3<0\big[e^x- 4\cos(2x)\big]_{x=0} = -3<0 이고 [ex−4cos⁡(2x)]x=1>e>0\big[e^x- 4\cos(2x)\big]_{x=1} > e > 0 이며 f(x)=ex−4cos⁡(2x)f(x)=e^x- 4\cos(2x) 는 연속이므로, 사잇값 정리에 의해 0<x<10<x<1 에서 적어도 하나의 근이 존재한다.

그래프가 정확하지 않더라도 두 번째 근이 없음을 보여야 한다.

코사인 함수의 치역이 [−1,1][-1,1] 임을 떠올리자. ex=4cos⁡(2x)e^x=4\cos(2x) 이면 ex≤4e^x \leq 4 이므로 x≤log⁡(4)≈1.39x \leq \log(4)\approx 1.39 이다. 따라서 f(x)f(x) 의 근은 구간 (0,1.4)(0,1.4) 에서만 찾으면 되고, 그 밖에는 근이 없음이 보장된다. 이 구간에서 2x∈(0,2.8)2x \in (0,2.8) 이므로 sin⁡(2x)>0\sin(2x)>0 이고, 따라서 f′(x)=ex+8sin⁡(2x)>0f'(x)=e^x+8\sin(2 x)>0 이다. f′(x)f'(x) 는 (0,1.4)(0,1.4) 에서 근을 갖지 않으므로, 롤의 정리에 의해 f(x)f(x) 는 (0,1.4)(0,1.4) 에서 근을 많아야 하나 가진다(따라서 양의 근은 전체에서 많아야 하나이다). 앞에서 f(x)f(x) 의 근이 (0,1)(0,1) 에 존재함을 이미 보였으므로, ex=4cos⁡(2x)e^x=4\cos(2x) 는 양의 해를 정확히 하나 가진다.

원본 교재 풀이(영어)

We are to find the number of positive solutions to the equation ex=4cos⁡(2x)e^x = 4\cos(2x). The figure below contains the graphs of y=exy=e^x and y=4cos⁡(2x)y= 4\cos(2x). The solutions to ex=4cos⁡(2x)e^x = 4\cos(2x) are precisely the xx's where y=exy=e^x and y=4cos⁡(2x)y= 4\cos(2x) cross.

figure

It sure looks like there is exactly one crossing with x≥0x\ge 0 and that one crossing is somewhere between x=0x=0 and x=1x=1. Indeed since [ex−4cos⁡(2x)]x=0=−3<0\big[e^x- 4\cos(2x)\big]_{x=0} = -3<0 and [ex−4cos⁡(2x)]x=1>e>0\big[e^x- 4\cos(2x)\big]_{x=1} > e > 0 and f(x)=ex−4cos⁡(2x)f(x)=e^x- 4\cos(2x) is continuous, the intermediate value theorem guarantees that there is at least one root with 0<x<10<x<1.

We still have to show that there is no second root — even if our graphs are not accurate.

Recall that the range of the cosine function is [−1,1][-1,1]. If ex=4cos⁡(2x)e^x=4\cos(2x), then ex≤4e^x \leq 4, so x≤log⁡(4)≈1.39x \leq \log(4)\approx 1.39. So, we only need to search for roots of f(x)f(x) on the interval (0,1.4)(0,1.4): we are guaranteed there are no roots elsewhere. Over this interval, 2x∈(0,2.8)2x \in (0,2.8), so sin⁡(2x)>0\sin(2x)>0, and thus f′(x)=ex+8sin⁡(2x)>0f'(x)=e^x+8\sin(2 x)>0. Since f′(x)f'(x) has no roots in (0,1.4)(0,1.4), we conclude by Rolle's Theorem that f(x)f(x) has at most one root in (0,1.4)(0,1.4) (and so at most one positive root total). Since we've already found that a root of f(x)f(x) exists in (0,1)(0,1), we conclude ex=4cos⁡(2x)e^x=4\cos(2x) has precisely one positive-valued solution.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.4절 · 34번
# 롤의 정리와 평균값 정리계산보통자동 분류
62.CLP-1 · 2.13절 · 16번우리말 번역

구간 [0,T][0, T] 에서 함수 exe^x 에 대해 평균값 정리가 보장하는 점을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the point promised by the Mean Value Theorem for the function exe^x on the interval [0,T][0, T].

정답·풀이 보기

f(x)=exf(x)=e^x 라 하자. f(x)f(x) 는 연속이고 미분가능하므로, 평균값 정리에 의해 00 과 TT 사이에

f′(c)=f(T)−f(0)T−0문제는 이 c 의 값을 구하는 것이다. 풀면:ec=eT−e0Tec=eT−1Tc=log⁡(eT−1T)\begin{aligned} f'(c)&=\frac{f(T)-f(0)}{T-0} \\ \text{문제는 이 $c$ 의 값을 구하는 것이다. 풀면:} \\ e^c&=\frac{e^T-e^0}{T}\\ e^c&=\frac{e^T-1}{T}\\ c&=\log\left(\frac{e^T-1}{T}\right) \end{aligned}

를 만족하는 cc 가 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

Write f(x)=exf(x)=e^x. Since f(x)f(x) is continuous and differentiable, the Mean Value Theorem asserts that there exists some cc between 00 and TT such that

f′(c)=f(T)−f(0)T−0The problem asks us to find this value of c. Solving:ec=eT−e0Tec=eT−1Tc=log⁡(eT−1T)\begin{aligned} f'(c)&=\frac{f(T)-f(0)}{T-0} \\ \text{The problem asks us to find this value of $c$. Solving:} \\ e^c&=\frac{e^T-e^0}{T}\\ e^c&=\frac{e^T-1}{T}\\ c&=\log\left(\frac{e^T-1}{T}\right) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.4절 · 32번
# 롤의 정리와 평균값 정리계산보통자동 분류
63.CLP-1 · 3.1절 · 7번우리말 번역

이 절에서는 지구에서 떨어지는 물체와 관련된 여러 문제를 낸다. 달리 언급하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력 가속도는 초당 초당 9.8미터(9.8 m/s²)라고 가정하세요.

당신은 2미터 떨어진 곳에 서 있는 친구에게 열쇠를 던집니다. 열쇠는 처음에 초속 2미터로 친구를 향해 움직이지만, 초당 초당 0.25미터의 비율로 느려집니다. 친구가 열쇠를 받으려고 반응할 수 있는 시간은 얼마인지 구하세요. 즉, 열쇠가 친구에게 닿기까지 날아가는 시간은 얼마인지 구하세요.

영어 원문 보기

For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.

You toss a key to your friend, standing two metres away. The keys initially move towards your friend at 2 metres per second, but slow at a rate of 0.25 metres per second per second. How much time does your friend have to react to catch the keys? That is–how long are the keys flying before they reach your friend?

답 쓰고 채점
초
정답·풀이 보기

s(t)s(t) 를 열쇠가 손을 떠난 뒤 이동한 거리라고 하자. 열쇠가 움직이는 속력 s′(t)s'(t) 는 초당 0.25미터씩 감소한다. 즉, s′′(t)=−0.25s''(t)=-0.25 이다. 따라서 어떤 상수 cc 에 대해 s′(t)=−0.25t+cs'(t)=-0.25t+c 이다. c=s′(0)=2c=s'(0)=2 이므로 s′(t)=2−0.25ts'(t)=2-0.25t 이다. 그러면 s(t)s(t) 는 2−0.25t2-0.25t 를 도함수로 가지므로, 어떤 상수 dd 에 대해 s(t)=2t−18t2+ds(t)=2t-\frac{1}{8}t^2+d 이다. 시각 t=0t=0 에서 열쇠는 아직 어디로도 움직이지 않았으므로 0=s(0)=d0=s(0)=d 이다. 따라서 s(t)=2t−18t2s(t)=2t-\frac{1}{8}t^2 이다.

열쇠가 친구에게 닿는 때는 s(t)=2s(t)=2 이고 t>0t>0 일 때이다. 즉:

2=2t−18t20=18t2−2t+2t=8±43\begin{aligned} 2&=2t-\frac{1}{8}t^2\\ 0&=\frac{1}{8}t^2-2t+2\\ t&=8\pm4\sqrt{3} \end{aligned}

이 tt 의 값 중 어느 것이 실제로 열쇠가 친구에게 닿는 시각인지 가려내야 한다. 열쇠는 t=0t=0 부터 친구에게 닿는 시각까지 이렇게 움직인다. (그 뒤에는 s(t)s(t) 가 열쇠의 움직임을 나타내지 않는다.) 그러므로 s(t)=2s(t)=2 를 만족하는 양수 tt 중 처음 값을 찾아야 한다. 8−43>08-4\sqrt{3}>0 이므로 이 값이 s(t)=2s(t)=2 이고 t>0t>0 인 첫 번째 시각이다. 따라서 열쇠가 친구에게 닿기까지 걸리는 시간은 8−43≈1 초8-4\sqrt{3}\approx 1~\text{초} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let s(t)s(t) be the distance your keys have travelled since they left your hand. The rate at which they are travelling, s′(t)s'(t), is decreasing by 0.25 metres per second. That is, s′′(t)=−0.25s''(t)=-0.25. Therefore, s′(t)=−0.25t+cs'(t)=-0.25t+c for some constant cc. Since c=s′(0)=2c=s'(0)=2, we see s′(t)=2−0.25ts'(t)=2-0.25t Then s(t)s(t) has 2−0.25t2-0.25t as its derivative, so s(t)=2t−18t2+ds(t)=2t-\frac{1}{8}t^2+d for some constant dd. At time t=0t=0, the keys have not yet gone anywhere, so 0=s(0)=d0=s(0)=d. Therefore, s(t)=2t−18t2s(t)=2t-\frac{1}{8}t^2

The keys reach your friend when s(t)=2s(t)=2 and t>0t>0. That is:

2=2t−18t20=18t2−2t+2t=8±43\begin{aligned} 2&=2t-\frac{1}{8}t^2\\ 0&=\frac{1}{8}t^2-2t+2\\ t&=8\pm4\sqrt{3} \end{aligned}

We need to figure out which of these values of tt is really the time when the keys reach your friend. The keys travel this way from t=0t=0 to the time they reach your friend. (Then s(t)s(t) no longer describes their motion.) So, we need to find the first value of tt that is positive with s(t)=2s(t)=2. Since 8−43>08-4\sqrt{3}>0, this is the first time s(t)=2s(t)=2 and t>0t>0. So, the keys take 8−43≈1 second8-4\sqrt{3}\approx 1~\text{second} to reach your friend.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.1절 · 17번
# 속도와 가속도활용보통자동 분류
64.CLP-1 · 3.1절 · 9번우리말 번역

이 절에서는 지구에서 낙하하는 물체와 관련된 여러 문제를 낸다. 달리 언급하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력에 의한 가속도는 매초 매초 9.8미터라고 가정하세요.

당신은 시속 120 km로 달리고 있으며, 100미터 안에 멈춰야 합니다. 브레이크는 얼마만큼의 감속도를 내야 하는지 구하세요. 브레이크가 일정한 감속도를 만든다고 가정해도 됩니다.

영어 원문 보기

For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.

You are driving at 120 kph, and need to stop in 100 metres. How much deceleration do your brakes need to provide? You may assume the brakes cause a constant deceleration.

정답·풀이 보기

브레이크가 내는 감속도를 d kmhr2d~\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{hr}^2} 이라 하자. 그러면 v(t)v(t) 가 자동차의 속도일 때 v(t)=120−dtv(t)=120-dt 이다 (t=0t=0 에서 속도는 120이고, 1시간마다 시속 dd km씩 감소한다). 자동차는 0=v(t)0=v(t) 일 때 멈추므로 t=120dt=\frac{120}{d} 시간이다.

s(t)s(t) 를 브레이크를 밟은 지 tt 시간 후까지 자동차가 이동한 거리라 하자. 그러면 s′(t)=v(t)s'(t)=v(t) 이므로 어떤 상수 cc 에 대해 s(t)=120t−d2t2+cs(t)=120t-\frac{d}{2}t^2+c 이다. 0=s(0)=c0=s(0)=c 이므로

s(t)=120t−d2t2s(t)=120t-\frac{d}{2}t^2

자동차는 100미터, 즉 110\frac{1}{10} 킬로미터 안에 멈춰야 한다. 앞에서 정지하는 데 걸리는 시간이 t=120dt=\frac{120}{d} 임을 구했다. 따라서

110=s(120d)110=120(120d)−d2(120d)2양변에 d 를 곱하면:d10=1202−12022d=5⋅1202\begin{aligned} \frac{1}{10}&=s\left(\frac{120}{d}\right)\\ \frac{1}{10}&=120\left(\frac{120}{d}\right)-\frac{d}{2}\left(\frac{120}{d}\right)^2\\ \\ \text{양변에 $d$ 를 곱하면:} \\ \frac{d}{10}&=120^2-\frac{120^2}{2}\\ d&=5\cdot 120^2 \end{aligned}

따라서 브레이크는 1시간당 시속 72 000 km의 감속도를 내야 한다.

원본 교재 풀이(영어)

Suppose the deceleration provided by the brakes is d kmhr2d~\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{hr}^2}. Then if v(t)v(t) is the velocity of the car, v(t)=120−dtv(t)=120-dt (at t=0t=0, the velocity is 120, and it decreases by dd kph per hour). The car stops when 0=v(t)0=v(t), so t=120dt=\frac{120}{d} hours.

Let s(t)s(t) be the distance the car has travelled tt hours after applying the brakes. Then s′(t)=v(t)s'(t)=v(t), so s(t)=120t−d2t2+cs(t)=120t-\frac{d}{2}t^2+c for some constant cc. Since 0=s(0)=c0=s(0)=c, s(t)=120t−d2t2s(t)=120t-\frac{d}{2}t^2

The car needs to stop in 100 metres, which is 110\frac{1}{10} kilometres. We already found that the stopping time is t=120dt=\frac{120}{d}. So:

110=s(120d)110=120(120d)−d2(120d)2Multiplying both sides by d:d10=1202−12022d=5⋅1202\begin{aligned} \frac{1}{10}&=s\left(\frac{120}{d}\right)\\ \frac{1}{10}&=120\left(\frac{120}{d}\right)-\frac{d}{2}\left(\frac{120}{d}\right)^2\\ \\ \text{Multiplying both sides by $d$:} \\ \frac{d}{10}&=120^2-\frac{120^2}{2}\\ d&=5\cdot 120^2 \end{aligned}

So, the brakes need to apply 72 000 kph per hour of deceleration.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.4절 · 10번
# 속도와 가속도활용보통자동 분류
65.CLP-1 · 3.1절 · 11번우리말 번역

이 절에서는 지구에서 떨어지는 물체와 관련된 여러 문제를 다룹니다. 따로 언급하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력 가속도는 초당 초당 9.8미터라고 가정하세요.

이륙 약 8.5분 후 미국 우주왕복선은 궤도 속도인 시속 17 500마일에 도달했습니다. 가속도가 상수였다고 가정할 때, 그 8.5분 동안 얼마나 멀리 이동했는지 구하세요.

(출처: https://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/shuttlemissions/sts121/launch/qa-leinbach.html)

영어 원문 보기

For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.

About 8.5 minutes after liftoff, the US space shuttle has reached orbital velocity, 17 500 miles per hour. Assuming its acceleration was constant, how far did it travel in those 8.5 minutes?

(Source: https://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/shuttlemissions/sts121/launch/qa-leinbach.html)

정답·풀이 보기

가속도가 상수였다면 가속도는 17500 mph8.560 hr≈123500 mileshr2\frac{17 500~\mathrm{mph}}{\frac{8.5}{60}~\mathrm{hr}} \approx 123 500 ~\frac{\mathrm{miles}}{\mathrm{hr}^2} 이다.

따라서 이륙 tt시간 후의 속도는 v(t)=123500tv(t)=123500t 이다. 그러므로 이륙 tt시간 후 왕복선의 위치는 (초기 위치를 s(0)=0s(0)=0으로 놓으면) s(t)=1235002t2=61750t2s(t)=\frac{123500}{2}t^2=61750t^2 이다. 따라서 8.560\frac{8.5}{60}시간 후 왕복선이 이동한 거리는 s(8.560)=(61750)(8.560)2≈1240 miless\left(\frac{8.5}{60}\right)=(61750)\left(\frac{8.5}{60}\right)^2\approx 1240 ~\mathrm{miles} 이며, 이는 2000킬로미터보다 조금 짧은 거리이다.

원본 교재 풀이(영어)

If the acceleration was constant, then it was 17500 mph8.560 hr≈123500 mileshr2\frac{17 500~\mathrm{mph}}{\frac{8.5}{60}~\mathrm{hr}} \approx 123 500 ~\frac{\mathrm{miles}}{\mathrm{hr}^2}

So, the velocity tt hours from liftoff is v(t)=123500tv(t)=123500t Therefore, the position of the shuttle tt hours from liftoff (taking s(0)=0s(0)=0 to be its initial position) is s(t)=1235002t2=61750t2s(t)=\frac{123500}{2}t^2=61750t^2 So, after 8.560\frac{8.5}{60} hours, the shuttle has travelled s(8.560)=(61750)(8.560)2≈1240 miless\left(\frac{8.5}{60}\right)=(61750)\left(\frac{8.5}{60}\right)^2\approx 1240 ~\mathrm{miles} or a little less than 2000 kilometres.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.1절 · 13번
# 속도와 가속도활용보통자동 분류
66.CLP-1 · 3.1절 · 13번우리말 번역

이 절에서는 지구에서 떨어지는 물체에 관한 여러 문제를 다룹니다. 따로 말하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력 가속도는 초당 초당 9.8미터라고 가정하세요.

송골매는 시속 325 km의 속력으로 급강하할 수 있습니다. 돌을 떨어뜨린다면, 그 돌이 떨어지면서 같은 속력에 이르려면 얼마나 높은 곳에 있어야 하는지 구하세요.

영어 원문 보기

For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.

A peregrine falcon can dive at a speed of 325 kph. If you were to drop a stone, how high up would you have to be so that the stone reached the same speed in its fall?

정답·풀이 보기

중력에 의해 낙하하는 물체의 가속도는 초의 제곱당 9.89.8 미터이다. 따라서 떨어뜨린 지 tt초 후 물체의 속도는 v(t)=9.8t msv(t)=9.8t~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} 이다. v(t)v(t) 가 송골매의 급강하 속력과 같아지게 하려면, 그 속력을 초속 미터로 바꾸어야 한다. 325 kmhr⋅(1000 m1 km)(1 hr3600 sec)=162518 ms325~\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{hr}}\cdot \left(\frac{1000~\mathrm{m}}{1~\mathrm{km}}\right)\left(\frac{1~\mathrm{hr}}{3600~\mathrm{sec}}\right)=\frac{1625}{18}~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} 돌이 이 속도에 이르는 때는 9.8t=162518⇒t=162518(9.8)9.8t=\frac{1625}{18}\qquad\Rightarrow\qquad t=\frac{1625}{18(9.8)} 일 때이다.

이제 남은 것은 이 시간 동안 돌이 얼마나 떨어지는지 구하는 것이다. 돌의 위치 s(t)s(t) 의 도함수가 9.8t9.8t 이므로, s(0)=0s(0)=0 으로 잡으면 s(t)=4.9t2s(t)=4.9t^2 이다. 따라서 돌이 162518(9.8)\frac{1625}{18(9.8)} 초 동안 떨어지면, 그 시간 동안 이동한 거리는 s(162518(9.8))=4.9(162518(9.8))2≈416 ms\left(\frac{1625}{18(9.8)}\right)=4.9\left(\frac{1625}{18(9.8)}\right)^2\approx 416 ~\mathrm{m} 이다. 그러므로 돌이 송골매만큼 빠르게 떨어지게 하려면 약 416미터 높이에서 떨어뜨려야 한다.

원본 교재 풀이(영어)

The acceleration of a falling object due to gravity is 9.89.8 metres per second squared. So, the object's velocity tt seconds after being dropped is v(t)=9.8t msv(t)=9.8t~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} We want v(t)v(t) to be the speed of the peregrine's dive, so we should convert that to metres per second: 325 kmhr⋅(1000 m1 km)(1 hr3600 sec)=162518 ms325~\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{hr}}\cdot \left(\frac{1000~\mathrm{m}}{1~\mathrm{km}}\right)\left(\frac{1~\mathrm{hr}}{3600~\mathrm{sec}}\right)=\frac{1625}{18}~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} The stone will reach this velocity when 9.8t=162518⇒t=162518(9.8)9.8t=\frac{1625}{18}\qquad\Rightarrow\qquad t=\frac{1625}{18(9.8)}

What is left to figure out is how far the stone will fall in this time. The position of the stone s(t)s(t) has derivative 9.8t9.8t, so s(t)=4.9t2s(t)=4.9t^2 if we take s(0)=0s(0)=0. So, if the stone falls for 162518(9.8)\frac{1625}{18(9.8)} seconds, in that time it travels s(162518(9.8))=4.9(162518(9.8))2≈416 ms\left(\frac{1625}{18(9.8)}\right)=4.9\left(\frac{1625}{18(9.8)}\right)^2\approx 416 ~\mathrm{m} So, you would have to drop a stone from about 416 metres for it to fall as fast as the falcon.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.1절 · 9번
# 속도와 가속도활용보통자동 분류
67.CLP-1 · 3.1절 · 14번우리말 번역

이 절에서는 지구에서 떨어지는 물체와 관련된 여러 문제를 낸다. 달리 말하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력 가속도는 초당 초당 9.8 미터(9.8 m/s²)이라고 가정한다.

대포알을 초기 속도 v0v_0 로 공중에 쏘면 중력이 (다른 모든 힘은 무시할 때) 대포알을 다시 아래로 끌어내린다. 대포알이 100m 높이까지 올라갔다면 v0v_0 은 얼마였는지 구하세요.

영어 원문 보기

For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.

You shoot a cannon ball into the air with initial velocity v0v_0, and then gravity brings it back down (neglecting all other forces). If the cannon ball made it to a height of 100m, what was v0v_0?

답 쓰고 채점
m/s
정답·풀이 보기

중력만이 대포알을 끌어내리므로 대포알의 가속도는 상수 −9.8 ms2-9.8~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2} 이다. 따라서 v(t)=v0−9.8tv(t)=v_0-9.8t 이고, (s(0)=0s(0)=0 으로 두면) 높이는 s(t)=v0t−4.9t2s(t)=v_0t-4.9t^2 으로 주어진다.

최고 높이가 100 미터가 되도록 하는 v0v_0 의 값을 구하려 한다. 최고 높이에 도달하는 때는 v(t)=0v(t)=0 일 때이며, 그 시각은 t=v09.8t=\frac{v_0}{9.8} 이다. 그러므로 다음을 푼다.

100=s(v09.8)100=v0(v09.8)−4.9(v09.8)2100=(19.8−4.99.82)v02100=12⋅9.8v02v02=1960v0=1960≈44 ms\begin{aligned} 100&=s\left(\frac{v_0}{9.8}\right)\\ 100&=v_0\left(\frac{v_0}{9.8}\right)-4.9\left(\frac{v_0}{9.8}\right)^2\\ 100&=\left(\frac{1}{9.8}-\frac{4.9}{9.8^2}\right)v_0^2\\ 100&=\frac{1}{2\cdot 9.8}v_0^2\\ v_0^2&=1960\\ v_0&=\sqrt{1960}\approx 44~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \end{aligned}

대포알이 땅에서 떠오르려면 v0v_0 이 양수여야 하므로 양의 제곱근을 택한다.

원본 교재 풀이(영어)

Since gravity alone brings your cannon ball down, its acceleration is a constant −9.8 ms2-9.8~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}. So, v(t)=v0−9.8tv(t)=v_0-9.8t and thus its height is given by s(t)=v0t−4.9t2s(t)=v_0t-4.9t^2 (if we set s(0)=0s(0)=0).

We want to know what value of v0v_0 makes the maximum height 100 metres. The maximum height is reached when v(t)=0v(t)=0, which is at time t=v09.8t=\frac{v_0}{9.8}. So, we solve:

100=s(v09.8)100=v0(v09.8)−4.9(v09.8)2100=(19.8−4.99.82)v02100=12⋅9.8v02v02=1960v0=1960≈44 ms\begin{aligned} 100&=s\left(\frac{v_0}{9.8}\right)\\ 100&=v_0\left(\frac{v_0}{9.8}\right)-4.9\left(\frac{v_0}{9.8}\right)^2\\ 100&=\left(\frac{1}{9.8}-\frac{4.9}{9.8^2}\right)v_0^2\\ 100&=\frac{1}{2\cdot 9.8}v_0^2\\ v_0^2&=1960\\ v_0&=\sqrt{1960}\approx 44~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \end{aligned}

where we choose the positive square root because v0v_0 must be positive for the cannon ball to get off the ground.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.1절 · 7번
# 속도와 가속도활용보통자동 분류
68.CLP-1 · 3.1절 · 15번우리말 번역

이 절에서는 지구에서 물체가 떨어지는 것과 관련된 여러 가지 문제를 냅니다. 달리 언급하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력에 의한 가속도는 1초당 초속 9.8미터라고 가정하세요.

시속 120 km로 달리고 있다가 1시간당 시속 5000050 000 km의 감속도로 브레이크를 밟기 시작했다고 합시다. 3초 동안 감속도를 1시간당 시속 6000060 000 km까지 꾸준히 늘립니다. (즉, 3초 동안 감속도의 변화율은 일정합니다.) 이 3초가 끝났을 때 시속 몇 km로 달리고 있는지 구하세요.

영어 원문 보기

For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.

Suppose you are driving at 120 kph, and you start to brake at a deceleration of 5000050 000 kph per hour. For three seconds you steadily increase your deceleration to 6000060 000 kph per hour. (That is, for three seconds, the rate of change of your deceleration is constant.) How fast are you driving at the end of those three seconds?

답 쓰고 채점
km/h
정답·풀이 보기

가속도의 도함수는 상수이므로 가속도 a(t)a(t) 는 mt+bmt+b 꼴이다. a(0)=−50 000a(0)=-50~000 이고 a(33600)=−60 000a\left(\frac{3}{3600}\right)=-60~000 이다. (여기서 33초는 33600\frac{3}{3600}시간임에 주목한다.) 따라서 a(t)a(t) 의 기울기는 −60 000+50 00033600=−12 000 000\frac{-60~000+50~000}{\frac{3}{3600}}=-12~000~000 이고, 이로부터 a(t)=−50 000−(12 000 000)ta(t)=-50~000-(12~000~000)t 를 얻는다. 여기서 tt 는 시간 단위로 잰 값이다.

v′(t)=a(t)=−50 000−(12 000 000)tv'(t)=a(t)=-50~000-(12~000~000)t 이므로 v(t)=−12 000 0002t2−50 000t+c=−6 000 000t2−50 000t+cv(t)=\frac{-12~ 000~000}{2}t^2-50~000t+c=-6~000~000t^2-50~000t+c 이다. 여기서 cc 는 어떤 상수이다. 120=v(0)=c120=v(0)=c 이므로 v(t)=−6 000 000t2−50 000t+120v(t)=-6~000~000t^2-50~000t+120 이다.

그러면 3초 동안 브레이크를 밟은 뒤의 속도는

v(33600)=−6 000 000(33600)2−50 000(33600)+120=−256−1253+120≈74.2 kph\begin{aligned}v\left(\frac{3}{3600}\right) &=-6~000~000\left(\frac{3}{3600}\right)^2-50~000\left(\frac{3}{3600}\right)+120\\ &=-\frac{25}{6}-\frac{125}{3}+120\\ &\approx 74.2 \text{ kph} \end{aligned}

이다.

참고: 가속도가 일정할 때 위치 함수는 이차함수이지만, 위치 함수가 항상 이차함수라고 생각하게 하려는 것은 아니다. 방금 푼 예에서는 속도 함수가 이차함수였다. 위치 함수, 속도 함수, 가속도 함수가 반드시 다항식일 필요는 전혀 없다. 가장 단순한 경우를 다루는 이 절에서만 그렇게 보일 뿐이다.

원본 교재 풀이(영어)

The derivative of acceleration is constant, so the acceleration a(t)a(t) has the form mt+bmt+b. We know a(0)=−50 000a(0)=-50~000 and a(33600)=−60 000a\left(\frac{3}{3600}\right)=-60~000 (where we note that 33 seconds is 33600\frac{3}{3600} hours). So, the slope of a(t)a(t) is −60 000+50 00033600=−12 000 000\frac{-60~000+50~000}{\frac{3}{3600}}=-12~000~000, which leads us to a(t)=−50 000−(12 000 000)ta(t)=-50~000-(12~000~000)t where tt is measured in hours.

Since v′(t)=a(t)=−50 000−(12 000 000)tv'(t)=a(t)=-50~000-(12~000~000)t, we see v(t)=−12 000 0002t2−50 000t+c=−6 000 000t2−50 000t+cv(t)=\frac{-12~ 000~000}{2}t^2-50~000t+c=-6~000~000t^2-50~000t+c for some constant cc. Since 120=v(0)=c120=v(0)=c: v(t)=−6 000 000t2−50 000t+120v(t)=-6~000~000t^2-50~000t+120

Then after three seconds of braking,

v(33600)=−6 000 000(33600)2−50 000(33600)+120=−256−1253+120≈74.2 kph\begin{aligned}v\left(\frac{3}{3600}\right) &=-6~000~000\left(\frac{3}{3600}\right)^2-50~000\left(\frac{3}{3600}\right)+120\\ &=-\frac{25}{6}-\frac{125}{3}+120\\ &\approx 74.2 \text{ kph} \end{aligned}

Remark: When acceleration is constant, the position function is a quadratic function, but we don't want you to get the idea that position functions are always quadratic functions–in the example you just did, it was the velocity function that was quadratic. Position, velocity, and acceleration functions don't have to be polynomial at all–it's only in this section, where we're dealing with the simplest cases, that they seem that way.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.4절 · 4번
# 속도와 가속도활용보통자동 분류
69.CLP-1 · 3.5절 · 4번우리말 번역

f(x)=x2+6x−10f(x)=x^2+6x-10 이다. 구간 [−5,5][-5,5] 에서 최댓값과 최솟값을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

f(x)=x2+6x−10f(x)=x^2+6x-10. Find all global extrema on the interval [−5,5][-5,5]

정답·풀이 보기

최댓값과 최솟값은 구간 (−5,5)(-5,5) 안의 임계점이나 특이점, 또는 끝점 x=5, x=−5x=5,\,x=-5 에서 나타난다.

f′(x)=2x+6f'(x)=2x+6 이다. 이는 모든 실수에서 정의되므로 특이점은 없다. f′(x)=0f'(x)=0 인 경우는 x=−3x=-3 일 때뿐이다. 이 값은 구간 [−5,5][-5,5] 안에 있다. 따라서 확인할 점은 x=−3, x=−5x=-3,\,x=-5, 그리고 x=5x=5 이다.

c−3−55종류임계점끝점끝점f(c)−19−1545\begin{array}{|c||c|c|c|}\hline c & -3 & -5 & 5 \\ \hline \text{종류} & \text{임계점} & \text{끝점} & \text{끝점} \\ \hline f(c) & -19 & -15 & 45 \\ \hline \end{array}

최댓값은 x=5x=5 에서 45 이고, 최솟값은 x=−3x=-3 에서 −19-19 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Global extrema will occur at critical or singular points in the interval (−5,5)(-5,5) or at the endpoints x=5, x=−5x=5,\,x=-5.

f′(x)=2x+6f'(x)=2x+6. Since this is defined for all real numbers, there are no singular points. The only time f′(x)=0f'(x)=0 is when x=−3x=-3. This is inside the interval [−5,5][-5,5]. So, our points to check are x=−3, x=−5,x=-3,\,x=-5, and x=5x=5.

c−3−55typecritical pointendpointendpointf(c)−19−1545\begin{array}{|c||c|c|c|}\hline c & -3 & -5 & 5 \\ \hline \text{type} & \text{critical point} & \text{endpoint} & \text{endpoint} \\ \hline f(c) & -19 & -15 & 45 \\ \hline \end{array}

The global maximum is 45 at x=5x=5 and the global minimum is −19-19 at x=−3x=-3.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.5절 · 5번
# 최댓값·최솟값과 최적화계산보통자동 분류
70.CLP-1 · 3.5절 · 5번우리말 번역

f(x)=23x3−2x2−30x+7f(x)=\dfrac{2}{3}x^3-2x^2-30x+7. 구간 [−4,0][-4,0] 에서 모든 최댓값과 최솟값을 구하세요.

영어 원문 보기

f(x)=23x3−2x2−30x+7f(x)=\dfrac{2}{3}x^3-2x^2-30x+7. Find all global extrema on the interval [−4,0][-4,0].

정답·풀이 보기

최댓값과 최솟값은 구간의 양 끝점 x=−4x=-4, x=0x=0 에서 나타나거나, 구간 안의 특이점 또는 임계점에서 나타난다. f(x)f(x) 는 다항식이므로 모든 점에서 미분가능하고, 따라서 특이점은 없다. 임계점을 구하기 위해 도함수를 0과 같다고 놓는다.

f′(x)=2x2−4x−300=2x2−4x−30=(2x−10)(x+3)x=5, −3\begin{aligned} f'(x)&=2x^2-4x-30\\ 0&=2x^2-4x-30 &=(2x-10)(x+3)\\ x&=5,\,-3 \end{aligned}

구간 안에 있는 임계점은 x=−3x=-3 뿐이다.

c−3−40종류임계점끝점끝점f(c)611573=52+137\begin{array}{|c||c|c|c|}\hline c & -3 & -4 & 0 \\ \hline \text{종류} & \text{임계점} & \text{끝점} & \text{끝점} \\ \hline f(c) & 61 & \frac{157}{3}=52+\frac{1}{3} & 7 \\ \hline \end{array}

이 구간에서 최댓값은 x=−3x=-3 일 때 6161 이고, 최솟값은 x=0x=0 일 때 77 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Global extrema will occur at the endpoints of the interval, x=−4x=-4 and x=0x=0, or at singular or critical points inside the interval. Since f(x)f(x) is a polynomial, it is differentiable everywhere, so there are no singular points. To find the critical points, we set the derivative equal to zero.

f′(x)=2x2−4x−300=2x2−4x−30=(2x−10)(x+3)x=5, −3\begin{aligned} f'(x)&=2x^2-4x-30\\ 0&=2x^2-4x-30 &=(2x-10)(x+3)\\ x&=5,\,-3 \end{aligned}

The only critical point inside the interval is x=−3x=-3.

c−3−40typecritical pointendpointendpointf(c)611573=52+137\begin{array}{|c||c|c|c|}\hline c & -3 & -4 & 0 \\ \hline \text{type} & \text{critical point} & \text{endpoint} & \text{endpoint} \\ \hline f(c) & 61 & \frac{157}{3}=52+\frac{1}{3} & 7 \\ \hline \end{array}

The global maximum over the interval is 6161 at x=−3x=-3, and the global minimum is 77 at x=0x=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.5절 · 2번
# 최댓값·최솟값과 최적화계산보통자동 분류
71.CLP-1 · 3.6절 · 2번우리말 번역

함수 f(x)f(x), g(x)g(x), h(x)h(x), k(x)k(x) 를 곡선 y=A(x)y=A(x) 부터 y=D(x)y=D(x) 까지와 짝지으세요.

f(x)=x2+1f(x)=\sqrt{x^2+1} g(x)=x2−1g(x)=\sqrt{x^2-1} h(x)=x2+4h(x)=\sqrt{x^2+4} k(x)=x2−4k(x)=\sqrt{x^2-4}

그림

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그림

그림

영어 원문 보기

Match the functions f(x)f(x), g(x)g(x), h(x)h(x), and k(x)k(x) to the curves y=A(x)y=A(x) through y=D(x)y=D(x).

f(x)=x2+1f(x)=\sqrt{x^2+1} g(x)=x2−1g(x)=\sqrt{x^2-1} h(x)=x2+4h(x)=\sqrt{x^2+4} k(x)=x2−4k(x)=\sqrt{x^2-4}

figure

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정답·풀이 보기

x2+1x^2+1 과 x2+4x^2+4 는 항상 양수이므로 f(x)f(x) 와 h(x)h(x) 는 모든 실수에서 정의된다. 따라서 f(x)f(x) 와 h(x)h(x) 는 A(x)A(x) 와 B(x)B(x) 에 대응한다. 어느 것이 어느 것일까? A(0)=1=f(0)A(0)=1=f(0) 이고 B(0)=2=h(0)B(0)=2=h(0) 이므로 A(x)=f(x)A(x)=f(x) 이고 B(x)=h(x)B(x)=h(x) 이다.

그러면 g(x)g(x) 와 k(x)k(x) 가 C(x)C(x) 와 D(x)D(x) 에 대응한다. g(x)g(x) 의 정의역은 x2−1≥0x^2-1\ge0 인 모든 xx 이다. 즉 ∣x∣≥1|x|\ge1 이며, C(x)C(x) 와 같다. k(x)k(x) 의 정의역은 x2−4≥0x^2-4\ge0 인 모든 xx 이다. 즉 ∣x∣≥2|x|\ge2 이며, D(x)D(x) 와 같다. 따라서 C(x)=g(x)C(x)=g(x) 이고 D(x)=k(x)D(x)=k(x) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Since x2+1x^2+1 and x2+4x^2+4 are always positive, f(x)f(x) and h(x)h(x) are defined over all real numbers. So, f(x)f(x) and h(x)h(x) correspond to A(x)A(x) and B(x)B(x). Which is which? A(0)=1=f(0)A(0)=1=f(0) while B(0)=2=h(0)B(0)=2=h(0), so A(x)=f(x)A(x)=f(x) and B(x)=h(x)B(x)=h(x).

That leaves g(x)g(x) and k(x)k(x) matching to C(x)C(x) and D(x)D(x). The domain of g(x)g(x) is all xx such that x2−1≥0x^2-1\ge0. That is, ∣x∣≥1|x|\ge1, like C(x)C(x). The domain of k(x)k(x) is all xx such that x2−4≥0x^2-4\ge0. That is, ∣x∣≥2|x|\ge2, like D(x)D(x). So, C(x)=g(x)C(x)=g(x) and D(x)=k(x)D(x)=k(x).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 3번
# 함수의 그래프 그리기그래프·표 해석보통자동 분류
72.CLP-1 · 3.6절 · 3번우리말 번역

아래는 다음 함수의 그래프이다. y=f(x)=log⁡2(x+p)y=f(x)=\sqrt{\log^2(x+p)}

(a) pp 의 값을 구하세요. (b) 그래프에 표시된 bb 의 값을 구하세요. (c) f(x)f(x) 의 xx절편을 구하세요.

log⁡(x+p)\log(x+p) 는 x+px+p 의 자연로그, 즉 log⁡e(x+p)\log_e(x+p) 임을 기억하세요.

그림

영어 원문 보기

Below is the graph of y=f(x)=log⁡2(x+p)y=f(x)=\sqrt{\log^2(x+p)}

(a) What is pp? (b) What is bb (marked on the graph)? (c) What is the xx-intercept of f(x)f(x)?

Remember log⁡(x+p)\log(x+p) is the natural logarithm of x+px+p, log⁡e(x+p)\log_e(x+p).

figure

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) f(0)=2f(0)=2 이므로 다음을 푼다.

2=log⁡2(0+p)=log⁡2p=∣log⁡p∣log⁡p=±2p=e±2p=e2 또는 p=1e2\begin{aligned} 2&=\sqrt{\log^2(0+p)}\\ &=\sqrt{\log^2 p}\\ &=\left|\log p\right|\\ \log p &= \pm 2\\ p&=e^{\pm 2}\\ p&=e^2 \text{ 또는 } p=\frac{1}{e^2} \end{aligned}

pp 는 e2e^2 또는 1e2\dfrac{1}{e^2} 임을 알 수 있지만, 둘 중 하나를 정해야 한다. 두 경우 모두 f(0)=2f(0)=2 이다. f(x)f(x) 의 정의역을 생각해 보자. log⁡2(x+p)\log^2(x+p) 는 음수가 아니므로 제곱근은 정의역을 제한하지 않는다. 그러나 로그는 양수에 대해서만 취할 수 있다. 따라서 정의역은 다음과 같다.

x 의 조건: x+p>0x 의 조건: x>−p\begin{aligned} x \text{ 의 조건: } &x+p>0\\ x \text{ 의 조건: } &x>-p\\ \end{aligned}

p=1e2p=\dfrac{1}{e^2} 이면 f(x)f(x) 의 정의역은 (−1e2,∞)\left(-\dfrac{1}{e^2},\infty\right) 이다. 특히 −1e2>−1-\dfrac{1}{e^2}>-1 이므로 f(x)f(x) 의 정의역은 x=−1x=-1 을 포함하지 않는다. 그런데 그래프에서 f(−1)f(-1) 이 존재함이 분명하다. 따라서 p=e2p=e^2 이다.

(b) 이제 bb 가 무엇인지 알아내야 한다. bb 는 f(x)f(x) 의 정의역의 끝이고, 정의역은 이미 구했듯이 (−p,∞)(-p,\infty) 이다. 따라서 b=−p=−e2b=-p=-e^2 이다.

(간단한 확인: e≈2.7e\approx 2.7 로 놓으면 −e2=−7.29-e^2=-7.29 이고, 이는 그래프와 대체로 맞아 보인다.)

(c) xx절편은 f(x)=0f(x)=0 이 되는 xx 의 값이다.

0=log⁡2(x+p)0=log⁡(x+p)1=x+px=1−p=1−e2\begin{aligned} 0&=\sqrt{\log^2(x+p)}\\ 0&=\log(x+p)\\ 1&=x+p\\ x&=1-p=1-e^2 \end{aligned}

xx절편은 1−e21-e^2 이다.

(또 다른 간단한 확인: 구한 xx절편은 수직 점근선에서 거리가 1만큼 떨어져 있고, 이는 그래프와 대체로 맞아 보인다.)

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since f(0)=2f(0)=2, we solve

2=log⁡2(0+p)=log⁡2p=∣log⁡p∣log⁡p=±2p=e±2p=e2 or p=1e2\begin{aligned} 2&=\sqrt{\log^2(0+p)}\\ &=\sqrt{\log^2 p}\\ &=\left|\log p\right|\\ \log p &= \pm 2\\ p&=e^{\pm 2}\\ p&=e^2 \text{ or } p=\frac{1}{e^2} \end{aligned}

We know that pp is e2e^2 or 1e2\dfrac{1}{e^2}, but we have to decide between the two. In both cases, f(0)=2f(0)=2. Let's consider the domain of f(x)f(x). Since log⁡2(x+p)\log^2(x+p) is never negative, the square root does not restrict our domain. However, we can only take the logarithm of positive numbers. Therefore, the domain is

x such that x+p>0x such that x>−p\begin{aligned} x \text{ such that } &x+p>0\\ x \text{ such that } &x>-p\\ \end{aligned}

If p=1e2p=\dfrac{1}{e^2}, then the domain of f(x)f(x) is (−1e2,∞)\left(-\dfrac{1}{e^2},\infty\right). In particular, since −1e2>−1-\dfrac{1}{e^2}>-1, the domain of f(x)f(x) does not include x=−1x=-1. However, it is clear from the graph that f(−1)f(-1) exists. So, p=e2p=e^2.

(b) Now, we need to figure out what bb is. Notice that bb is the end of the domain of f(x)f(x), which we already found to be (−p,∞)(-p,\infty). So, b=−p=−e2b=-p=-e^2.

(As a quick check, if we take e≈2.7e\approx 2.7, then −e2=−7.29-e^2=-7.29, and this looks about right on the graph.)

(c) The xx-intercept is the value of xx for which f(x)=0f(x)=0:

0=log⁡2(x+p)0=log⁡(x+p)1=x+px=1−p=1−e2\begin{aligned} 0&=\sqrt{\log^2(x+p)}\\ 0&=\log(x+p)\\ 1&=x+p\\ x&=1-p=1-e^2 \end{aligned}

The xx-intercept is 1−e21-e^2.

(As another quick check, the xx-intercept we found is a distance of 1 from the vertical asymptote, and this looks about right on the graph.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 1번
# 함수의 그래프 그리기그래프·표 해석보통자동 분류
73.CLP-1 · 3.6절 · 4번우리말 번역

f(x)=x(2x+1)(x−7)3x3−81f(x)=\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81} 의 모든 점근선을 구하세요.

영어 원문 보기

Find all asymptotes of f(x)=x(2x+1)(x−7)3x3−81f(x)=\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81}.

정답·풀이 보기

수직 점근선은 함수가 무한히 커지는 곳에서 생긴다. 유리함수에서는 분모가 0이 될 때에만 이런 일이 일어날 수 있다. 이 문제에서는 x=3x=3 일 때 분모가 0이고, 이때 분자는 147147 이다. 즉 xx 가 3에 한없이 가까워지면 분자는 147에 한없이 가까워지고 분모는 0에 한없이 가까워지므로, ∣f(x)∣|f(x)| 는 한없이 커진다. 따라서 x=3x=3 에서 수직 점근선이 있다.

수평 점근선은 xx 가 양의 무한대와 음의 무한대로 갈 때의 극한을 구하여 찾는다. 이 문제에서는 두 극한이 같으므로 풀이를 하나로 합쳐 쓴다.

lim⁡x→±∞x(2x+1)(x−7)3x3−81=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81여기서 a, b, c 는 어떤 상수이다. 유리함수에서는 최고차항만 보면 양 끝에서의 변화 양상을 알 수 있고 나머지 항은 영향을 주지 않으므로, 그 값을 굳이 구하지 않는다는 점을 기억하자. 이제 분자와 분모를 분모의 최고차항인 x3 으로 나눈다.=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81(1x31x3)=lim⁡x→±∞2+ax+bx2+cx33−81x3=2+0+0+03−0=23\begin{aligned} \lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81} &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81} \\ \text{여기서 $a$, $b$, $c$ 는 어떤 상수이다. 유리함수에서는 최고차항만 보면 양 끝에서의 변화 양상을 알 수 있고 나머지 항은 영향을 주지 않으므로, 그 값을 굳이 구하지 않는다는 점을 기억하자. 이제 분자와 분모를 분모의 최고차항인 $x^3$ 으로 나눈다.} \\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81}\left(\frac{\tfrac{1}{x^3}}{\tfrac{1}{x^3}}\right)\\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2+\tfrac{a}{x}+\tfrac{b}{x^2}+\tfrac{c}{x^3}}{3-\tfrac{81}{x^3}}\\ &=\dfrac{2+0+0+0}{3-0}=\frac{2}{3} \end{aligned}

따라서 x→∞x \to \infty 일 때와 x→−∞x \to -\infty 일 때 모두 수평 점근선 y=23y=\dfrac{2}{3} 가 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Vertical asymptotes occur where the function blows up. In rational functions, this can only happen when the denominator goes to 0. In our case, the denominator is 0 when x=3x=3, and in this case the numerator is 147147. That means that as xx gets closer and closer to 3, the numerator gets closer and closer to 147 while the denominator gets closer and closer to 0, so ∣f(x)∣|f(x)| grows without bound. That is, there is a vertical asymptote at x=3x=3.

The horizontal asymptotes are found by taking the limits as xx goes to infinity and negative infinity. In our case, they are the same, so we condense our work.

lim⁡x→±∞x(2x+1)(x−7)3x3−81=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81where a, b, ad c are some constants. Remember, for rational functions, you can figure out the end behaviour by looking only at the terms with the highest degree–the others won’t matter, so we don’t bother finding them. From here, we divide the numerator and denominator by the highest power of x in the denominator, x3.=lim⁡x→±∞2x3+ax2+bx+c3x3−81(1x31x3)=lim⁡x→±∞2+ax+bx2+cx33−81x3=2+0+0+03−0=23\begin{aligned} \lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{x(2x+1)(x-7)}{3x^3-81} &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81} \\ \text{where $a$, $b$, ad $c$ are some constants. Remember, for rational functions, you can figure out the end behaviour by looking only at the terms with the highest degree--the others won't matter, so we don't bother finding them. From here, we divide the numerator and denominator by the highest power of $x$ in the denominator, $x^3$.} \\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2x^3+ax^2+bx+c}{3x^3-81}\left(\frac{\tfrac{1}{x^3}}{\tfrac{1}{x^3}}\right)\\ &=\lim_{x \to \pm \infty}\dfrac{2+\tfrac{a}{x}+\tfrac{b}{x^2}+\tfrac{c}{x^3}}{3-\tfrac{81}{x^3}}\\ &=\dfrac{2+0+0+0}{3-0}=\frac{2}{3} \end{aligned}

So there is a horizontal asymptote of y=23y=\dfrac{2}{3} both as x→∞x \to \infty and as x→−∞x \to -\infty.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 5번
# 함수의 그래프 그리기계산보통자동 분류
74.CLP-1 · 3.6절 · 5번우리말 번역

f(x)=103x−7f(x)=10^{3x-7} 의 모든 점근선을 구하세요.

영어 원문 보기

Find all asymptotes of f(x)=103x−7f(x)=10^{3x-7}.

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 모든 실수에서 연속이므로 수직 점근선은 없다.

수평 점근선을 구하기 위해 lim⁡x→±∞f(x)\displaystyle \lim_{x \to \pm \infty}f(x) 의 값을 구한다.

lim⁡x→∞103x−7=lim⁡X→∞10X⏟치환 X=3x−7=∞따라서 x→∞ 일 때 수평 점근선은 없다.lim⁡x→−∞103x−7=lim⁡X→−∞10X⏟치환 X=3x−7=lim⁡X′→∞10−X′⏟치환 X′=−X=lim⁡X′→∞110X′=0\begin{aligned} \lim_{x \to \infty}10^{3x-7}&=\underbrace{\lim_{X \to \infty}10^X}_{\text{치환 }X=3x-7}=\infty \\ \text{따라서 $x \to \infty$ 일 때 수평 점근선은 없다.} \\ \lim_{x \to -\infty}10^{3x-7}&=\underbrace{\lim_{X \to -\infty}10^{X}}_{\text{치환 }X=3x-7}\\ &=\underbrace{\lim_{X' \to \infty}10^{-X'}}_{\text{치환 }X'=-X}\\ &=\lim_{X' \to \infty}\frac{1}{10^{X'}}\\ &=0 \end{aligned}

즉, y=0y=0 은 x→−∞x \to -\infty 일 때의 수평 점근선이다.

원본 교재 풀이(영어)

Since f(x)f(x) is continuous over all real numbers, it has no vertical asymptote.

To find the horizontal asymptotes, we evaluate lim⁡x→±∞f(x)\displaystyle \lim_{x \to \pm \infty}f(x).

lim⁡x→∞103x−7=lim⁡X→∞10X⏟let X=3x−7=∞So, there’s no horizontal asymptote as x→∞.lim⁡x→−∞103x−7=lim⁡X→−∞10X⏟let X=3x−7=lim⁡X′→∞10−X′⏟let X′=−X=lim⁡X′→∞110X′=0\begin{aligned} \lim_{x \to \infty}10^{3x-7}&=\underbrace{\lim_{X \to \infty}10^X}_{\text{let }X=3x-7}=\infty \\ \text{So, there's no horizontal asymptote as $x \to \infty$.} \\ \lim_{x \to -\infty}10^{3x-7}&=\underbrace{\lim_{X \to -\infty}10^{X}}_{\text{let }X=3x-7}\\ &=\underbrace{\lim_{X' \to \infty}10^{-X'}}_{\text{let }X'=-X}\\ &=\lim_{X' \to \infty}\frac{1}{10^{X'}}\\ &=0 \end{aligned}

That is, y=0y=0 is a horizontal asymptote as x→−∞x \to -\infty.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.5절 · 30번
# 함수의 그래프 그리기계산보통자동 분류
75.CLP-1 · 3.6절 · 2번우리말 번역

f(x)=exx+3f(x)=\dfrac{e^x}{x+3} 이 증가하는 가장 큰 열린구간을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the largest open interval on which f(x)=exx+3f(x)=\dfrac{e^x}{x+3} is increasing.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f(x)f(x) 의 정의역은 −3-3 을 제외한 모든 실수이다(x=−3x=-3 일 때 분모가 00 이기 때문이다). x≠−3x\neq -3 에서 몫의 미분법으로 미분하면 다음과 같다. f′(x)=ex(x+3)−ex(1)(x+3)2=ex(x+3)2(x+2)f'(x)=\frac{e^x(x+3) - e^x(1)}{(x+3)^2} = \frac{e^x}{(x+3)^2} (x+2) f(x)f(x) 의 정의역에 속하는 모든 xx 에 대해 exe^x 와 (x+3)2(x+3)^2 은 양수이므로, f′(x)f'(x) 의 부호는 x+2x+2 의 부호와 같다. 따라서 f(x)f(x) 는 정의역에 속하면서 x+2>0x+2>0 인 모든 xx 에서 증가한다. 즉, 열린구간 (−2,∞)(-2,\infty) 에서 증가한다.

원본 교재 풀이(영어)

The domain of f(x)f(x) is all real numbers except −3-3 (because when x=−3x=-3 the denominator is zero). For x≠−3x\neq -3, we differentiate using the quotient rule: f′(x)=ex(x+3)−ex(1)(x+3)2=ex(x+3)2(x+2)f'(x)=\frac{e^x(x+3) - e^x(1)}{(x+3)^2} = \frac{e^x}{(x+3)^2} (x+2) Since exe^x and (x+3)2(x+3)^2 are positive for every xx in the domain of f(x)f(x), the sign of f′(x)f'(x) is the same as the sign of x+2x+2. We conclude that f(x)f(x) is increasing for every xx in its domain with x+2>0x+2>0. That is, over the open interval (−2,∞)(-2,\infty).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 4번
# 함수의 증가와 감소계산보통자동 분류
76.CLP-1 · 3.6절 · 3번우리말 번역

함수 f(x)=x−12x+4f(x)=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2x+4} 가 증가하는 가장 큰 열린구간을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the largest open interval on which f(x)=x−12x+4f(x)=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2x+4} is increasing.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

음수의 제곱근은 취할 수 없으므로 f(x)f(x) 는 x≥1x \ge 1 일 때만 정의된다. 또한 분모가 0이 될 수 없으므로 x=−2x=-2 는 정의역에 속하지 않지만, x≥1x \ge 1 이기만 하면 x≠−2x \ne -2 도 성립한다. 따라서 이 함수의 정의역은 [1,∞)[1,\infty) 이다.

f(x)f(x) 가 증가하는 구간을 찾기 위해 f′(x)f'(x) 가 양수인 곳을 찾는다. f′(x)=2x+42x−1−2x−1(2x+4)2=(x+2)−2(x−1)x−1(2x+4)2=−x+4x−1(2x+4)2f'(x)=\frac{\frac{2x+4}{2\sqrt{x-1}}-2\sqrt{x-1}}{(2x+4)^2} =\frac{(x+2)-2(x-1)}{\sqrt{x-1}(2x+4)^2} =\frac{-x+4}{\sqrt{x-1}(2x+4)^2} 분모는 결코 음수가 아니므로 f(x)f(x) 는 f′(x)f'(x) 의 분자가 양수일 때, 즉 4−x>04-x>0 일 때, 다시 말해 x<4x<4 일 때 증가한다. f(x)f(x) 의 정의역이 [1,+∞)[1,+\infty) 임을 떠올리면, f(x)f(x) 는 열린구간 (1,4)(1,4) 에서 증가한다고 결론짓는다.

원본 교재 풀이(영어)

Since we can't take the square root of a negative number, f(x)f(x) is only defined when x≥1x \ge 1. Furthermore, since we can't have zero as a denominator, x=−2x=-2 is not in the domain — but as long as x≥1x \ge 1, we also have x≠−2x \ne -2. So, the domain of the function is [1,∞)[1,\infty).

In order to find where f(x)f(x) is increasing, we find where f′(x)f'(x) is positive. f′(x)=2x+42x−1−2x−1(2x+4)2=(x+2)−2(x−1)x−1(2x+4)2=−x+4x−1(2x+4)2f'(x)=\frac{\frac{2x+4}{2\sqrt{x-1}}-2\sqrt{x-1}}{(2x+4)^2} =\frac{(x+2)-2(x-1)}{\sqrt{x-1}(2x+4)^2} =\frac{-x+4}{\sqrt{x-1}(2x+4)^2} The denominator is never negative, so f(x)f(x) is increasing when the numerator of f′(x)f'(x) is positive, i.e. when 4−x>04-x>0, or x<4x<4. Recalling that the domain of definition for f(x)f(x) is [1,+∞)[1,+\infty), we conclude that f(x)f(x) is increasing on the open interval (1,4)(1,4).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 2번
# 함수의 증가와 감소계산보통자동 분류
77.CLP-1 · 3.6절 · 4번우리말 번역

함수 f(x)=2arctan⁡(x)−log⁡(1+x2)f(x)=2\arctan (x) - \log(1+x^2) 이 증가하는 가장 큰 열린구간을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the largest open interval on which f(x)=2arctan⁡(x)−log⁡(1+x2)f(x)=2\arctan (x) - \log(1+x^2) is increasing.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

아크탄젠트의 정의역은 모든 실수이다. 로그 함수의 정의역은 모든 양수이고, 1+x21+x^2 은 모든 xx 에 대해 양수이다. 따라서 f(x)f(x) 의 정의역은 모든 실수이다.

f(x)f(x) 가 증가하는 구간을 찾기 위해 f′(x)f'(x) 가 양수인 곳을 찾는다. f′(x)=21+x2−2x1+x2=2−2x1+x2f'(x)= \frac 2 {1+x^2} - \frac{2x}{1+x^2} = \frac{2-2x}{1+x^2} 분모는 항상 양수이므로 f(x)f(x) 는 2−2x>02-2x>0 일 때 증가한다. 따라서 f(x)f(x) 는 열린구간 (−∞,1)(-\infty,1) 에서 증가한다고 결론짓는다.

원본 교재 풀이(영어)

The domain of arctangent is all real numbers. The domain of the logarithm function is all positive numbers, and 1+x21+x^2 is positive for all xx. So, the domain of f(x)f(x) is all real numbers.

In order to find where f(x)f(x) is increasing, we find where f′(x)f'(x) is positive. f′(x)=21+x2−2x1+x2=2−2x1+x2f'(x)= \frac 2 {1+x^2} - \frac{2x}{1+x^2} = \frac{2-2x}{1+x^2} Since the denominator is always positive, f(x)f(x) is increasing when when 2−2x>02-2x>0. We conclude that f(x)f(x) is increasing on the open interval (−∞,1)(-\infty,1).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.5절 · 52번
# 함수의 증가와 감소계산보통자동 분류
78.CLP-1 · 3.6절 · 5번우리말 번역

f(x)=x4−x6ex2f(x)=\frac{x^4-x^6}{e^{x^2}} f(x)f(x) 가 우함수임을 보이세요.

영어 원문 보기

f(x)=x4−x6ex2f(x)=\frac{x^4-x^6}{e^{x^2}} Show that f(x)f(x) is even.

정답·풀이 보기

함수가 우함수이려면 f(−x)=f(x)f(-x)=f(x) 이어야 한다.

f(−x)=(−x)4−(−x)6e(−x)2=x4−x6ex2=f(x)\begin{aligned} f(-x)&=\frac{(-x)^4-(-x)^6}{e^{(-x)^2}}\\ &=\frac{x^4-x^6}{e^{x^2}}\\ &=f(x) \end{aligned}

따라서 f(x)f(x) 는 우함수이다.

원본 교재 풀이(영어)

A function is even if f(−x)=f(x)f(-x)=f(x).

f(−x)=(−x)4−(−x)6e(−x)2=x4−x6ex2=f(x)\begin{aligned} f(-x)&=\frac{(-x)^4-(-x)^6}{e^{(-x)^2}}\\ &=\frac{x^4-x^6}{e^{x^2}}\\ &=f(x) \end{aligned}

So, f(x)f(x) is even.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 4번
# 함수의 그래프 그리기증명·논술보통자동 분류
79.CLP-1 · 3.6절 · 6번우리말 번역

f(x)=sin⁡(x)+cos⁡(x2)f(x)=\sin(x)+\cos\left(\frac{x}{2}\right) f(x)f(x) 가 주기함수임을 보이세요.

영어 원문 보기

f(x)=sin⁡(x)+cos⁡(x2)f(x)=\sin(x)+\cos\left(\frac{x}{2}\right) Show that f(x)f(x) is periodic.

정답·풀이 보기

임의의 실수 xx 에 대해 f(x)=f(x+4π)f(x)=f(x+4\pi) 임을 보이겠다.

f(x+4π)=sin⁡(x+4π)+cos⁡(x+4π2)=sin⁡(x+4π)+cos⁡(x2+2π)=sin⁡(x)+cos⁡(x2)=f(x)\begin{aligned} f(x+4\pi)&=\sin(x+4\pi)+\cos\left(\frac{x+4\pi}{2}\right)\\ &=\sin(x+4\pi)+\cos\left(\frac{x}{2}+2\pi\right)\\ &=\sin(x)+\cos\left(\frac{x}{2}\right)\\ &=f(x) \end{aligned}

따라서 f(x)f(x) 는 주기함수이다.

원본 교재 풀이(영어)

For any real number xx, we will show that f(x)=f(x+4π)f(x)=f(x+4\pi).

f(x+4π)=sin⁡(x+4π)+cos⁡(x+4π2)=sin⁡(x+4π)+cos⁡(x2+2π)=sin⁡(x)+cos⁡(x2)=f(x)\begin{aligned} f(x+4\pi)&=\sin(x+4\pi)+\cos\left(\frac{x+4\pi}{2}\right)\\ &=\sin(x+4\pi)+\cos\left(\frac{x}{2}+2\pi\right)\\ &=\sin(x)+\cos\left(\frac{x}{2}\right)\\ &=f(x) \end{aligned}

So, f(x)f(x) is periodic.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 5번
# 함수의 그래프 그리기증명·논술보통자동 분류