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

7문제 · 1 / 1쪽

1.OpenStax 1권 · 3.2절 · 12번우리말 풀이

다음 문제에서 y=f(x)y=f(x) 의 그래프를 이용해 도함수 f′(x)f'(x) 의 그래프를 그려 보세요.

함수 f(x)는 (−1.5, 20) 근처에서 시작해 감소하여 (0, 10)을 지나는데 이곳에서 기울기가 0인 것처럼 보인다. 이어서 계속 감소하여 (1.7, 0)을 지나 (3, −17)에서 최솟값을 갖고, 그 뒤 빠르게 증가하여 (3.8, 0)을 지나 (4, 20)에 이른다.

영어 원문 보기

For the following exercises, use the graph of y=f(x)y=f(x) to sketch the graph of its derivative f′(x).{f}^{'}(x).

The function f(x) starts at (−1.5, 20) and decreases to pass through (0, 10), where it appears to have a derivative of 0. Then it further decreases, passing through (1.7, 0) and achieving a minimum at (3, −17), at which point it increases rapidly through (3.8, 0) to (4, 20).

풀이 보기

ff 의 그래프에서 각 점의 접선의 기울기가 곧 f′(x)f'(x) 의 값이에요. 기울기를 읽어 점으로 찍으면 도함수 그래프가 돼요.

  1. 1

    기울기가 0인 곳을 먼저 찾아요. 도함수의 값은 접선의 기울기예요. 그래프를 보면 x=0x=0 근처(높이 10)에서 평평하게 눌려 있고, x=3x=3 에서 가장 낮아요(극솟점). 따라서 f′(0)=0f'(0)=0, f′(3)=0f'(3)=0 이에요. 즉 f′f' 의 그래프는 x=0x=0 과 x=3x=3 에서 xx 축과 만나요.

  2. 2

    부호를 구간별로 살펴요. x<3x<3 에서는 (평평한 x=0x=0 을 제외하고) ff 가 계속 내려가므로 기울기가 음수, 즉 f′(x)<0f'(x)<0 이에요. x=0x=0 에서는 0이 되지만 앞뒤 모두 음수라서 xx 축에 닿기만 하고 통과하지 않아요. x>3x>3 에서는 ff 가 올라가므로 f′(x)>0f'(x)>0 이에요.

  3. 3

    크기를 어림해요. 왼쪽 끝 x=−1.5x=-1.5 근처에서는 내려가는 정도가 아주 가팔라서 f′f' 는 큰 음수예요. 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 기울기가 완만해져 x=0x=0 에서 0이 돼요. 그 뒤 다시 가팔라져서 x=2x=2 근처에서 가장 가파르게 내려가므로 f′f' 는 여기서 가장 작은 값(약 −16-16)을 가져요. 이후 기울기가 완만해져 x=3x=3 에서 0이 되고, 그 뒤로는 양수로 빠르게 커져요.

  4. 4

    그래프를 이어요. 위 점들을 매끄럽게 이으면 f′f' 의 그래프는 '왼쪽 위에서 음수로 내려오다가 x=0x=0 에서 xx 축에 닿고, x=2x=2 근처에서 최저가 되었다가 x=3x=3 에서 xx 축을 통과해 위로 올라가는' 삼차함수 모양이에요.

답

f′f' 의 그래프는 x=0x=0 에서 xx 축에 닿고(접하고), x=2x=2 근처에서 최솟값 약 −16-16, x=3x=3 에서 xx 축을 지나 위로 올라가는 곡선

자주 하는 실수

ff 의 값이 큰 곳에서 f′f' 도 크다고 생각하는 실수가 많아요. f′f' 는 높이가 아니라 기울기예요.

원본 교재 풀이(영어)

The function starts in the third quadrant and increases to touch the origin, then decreases to a minimum at (2, −16), before increasing through the x axis at x = 3, after which it continues increasing.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 8번
# 도함수의 뜻그래프·표 해석보통
2.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
3.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
4.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
5.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
6.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

그림

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
7.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