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

5문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 2.2절 · 23번우리말 번역

f′(0)=−1f'(0)=-1 이고 다음 값을 갖는 함수 f(x)f(x) 의 그래프를 그리세요.

x−1−12−14−1801814121f(x)−1−12−14−1801814121\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|}\hline \mathbf{x} & -1 & -\frac{1^{ }}{2_{ }} & -\frac{1}{4} & -\frac{1}{8} & 0 & \frac{1}{8} & \frac{1}{4} & \frac{1}{2} & 1 \\ \hline \mathbf{f(x)} & -1 & -\frac{1^{ }}{2_{ }} & -\frac{1}{4} & -\frac{1}{8} & 0 & \frac{1}{8} & \frac{1}{4} & \frac{1}{2} & 1 \\ \hline \end{array}

참고: 점들이 뚜렷한 규칙을 이루는 것처럼 보이더라도, 점들만으로 함수의 모양을 항상 짐작할 수 있는 것은 아니다.

영어 원문 보기

Sketch a function f(x)f(x) with f′(0)=−1f'(0)=-1 that takes the following values:

x−1−12−14−1801814121f(x)−1−12−14−1801814121\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|}\hline \mathbf{x} & -1 & -\frac{1^{ }}{2_{ }} & -\frac{1}{4} & -\frac{1}{8} & 0 & \frac{1}{8} & \frac{1}{4} & \frac{1}{2} & 1 \\ \hline \mathbf{f(x)} & -1 & -\frac{1^{ }}{2_{ }} & -\frac{1}{4} & -\frac{1}{8} & 0 & \frac{1}{8} & \frac{1}{4} & \frac{1}{2} & 1 \\ \hline \end{array}

Remark: you can't always guess the behaviour of a function from its points, even if the points seem to be making a clear pattern.

정답·풀이 보기

가능한 답은 여러 가지이며, 여기서는 그중 하나를 보인다.

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핵심은 주어진 몇 개의 점이 어떤 규칙을 암시하기는 하지만 그 규칙을 보장하지는 않는다는 것을 깨닫는 것이다. 알고 있는 점은 아홉 개뿐이며, 그 사이에서는 어떤 일이든 일어날 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Many answers are possible; here is one.

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The key is to realize that the few points you're given suggest a pattern, but don't guarantee it. You only know nine points; anything can happen in between.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 28번
# 도함수의 뜻그래프·표 해석도전자동 분류
2.CLP-1 · 2.6절 · 18번우리말 번역

두 곡선 y=x2y=x^2 과 y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5 에 모두 접하는 직선을 모두 구하세요. 답을 그래프로 그려 나타내세요.

영어 원문 보기

Find all lines that are tangent to both of the curves y=x2y=x^2 and y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5. Illustrate your answer with a sketch.

정답·풀이 보기

직선 y=mx+by=mx+b 가 x=αx=\alpha 에서 y=x2y=x^2 에 접할 조건은 2α=m 그리고 α2=mα+b  ⟺  m=2α 그리고 b=−α22\alpha=m\text{ 그리고 }\alpha^2=m\alpha+b \iff m=2\alpha\text{ 그리고 }b=-\alpha^2 이다. 같은 직선 y=mx+by=mx+b 가 x=βx=\beta 에서 y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5 에 접할 조건은

−2β+2=m 그리고 −β2+2β−5=mβ+b  ⟺  m=2−2β 그리고 b=−β2+2β−5−(2−2β)β=β2−5\begin{aligned} -2\beta+2=m&\text{ 그리고 }-\beta^2+2\beta-5=m\beta+b\\ \iff m=2-2\beta&\text{ 그리고 }b=-\beta^2+2\beta-5-(2-2\beta)\beta=\beta^2-5 \end{aligned}

이다. 직선이 두 포물선에 동시에 접하려면 m=2α=2−2β 그리고 b=−α2=β2−5m=2\alpha=2-2\beta\text{ 그리고 }b=-\alpha^2=\beta^2-5 이어야 한다. α=1−β\alpha=1-\beta 를 −α2=β2−5-\alpha^2=\beta^2-5 에 대입하면 −(1−β)2=β2−5-(1-\beta)^2=\beta^2-5, 즉 2β2−2β−4=02\beta^2-2\beta-4=0 이므로 β=−1,2\beta=-1,2 이다. 이에 대응하는 나머지 값은 α=2,−1\alpha=2,-1, m=4,−2m=4,-2, b=−4,−1b=-4,-1 이다. 따라서 두 직선은 y=4x−4y=4x-4 와 y=−2x−1y=-2x-1 이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

The line y=mx+by=mx+b is tangent to y=x2y=x^2 at x=αx=\alpha if 2α=m and α2=mα+b  ⟺  m=2α and b=−α22\alpha=m\text{ and }\alpha^2=m\alpha+b \iff m=2\alpha\text{ and }b=-\alpha^2 The same line y=mx+by=mx+b is tangent to y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5 at x=βx=\beta if

−2β+2=m and −β2+2β−5=mβ+b  ⟺  m=2−2β and b=−β2+2β−5−(2−2β)β=β2−5\begin{aligned} -2\beta+2=m&\text{ and }-\beta^2+2\beta-5=m\beta+b\\ \iff m=2-2\beta&\text{ and }b=-\beta^2+2\beta-5-(2-2\beta)\beta=\beta^2-5 \end{aligned}

For the line to be simultaneously tangent to the two parabolas we need m=2α=2−2β and b=−α2=β2−5m=2\alpha=2-2\beta\text{ and }b=-\alpha^2=\beta^2-5 Substituting α=1−β\alpha=1-\beta into −α2=β2−5-\alpha^2=\beta^2-5 gives −(1−β)2=β2−5-(1-\beta)^2=\beta^2-5 or 2β2−2β−4=02\beta^2-2\beta-4=0 or β=−1,2\beta=-1,2. The corresponding values of the other parameters are α=2,−1\alpha=2,-1, m=4,−2m=4,-2 and b=−4,−1b=-4,-1. The two lines are y=4x−4y=4x-4 and y=−2x−1y=-2x-1.

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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.3절 · 4번
# 다항함수의 미분법그래프·표 해석도전자동 분류
3.CLP-1 · 3.1절 · 16번우리말 번역

당신은 트램펄린 가장자리에서 처음 위쪽 속도 초속 11 미터로 뛰어오릅니다. 공중에 있는 동안 중력 때문에 당신의 감속도는 일정하게 초당 9.89.8 미터씩 매초 늘어납니다. 트램펄린에 닿은 뒤 떨어지는 동안에는 당신의 속력이 초당 4.94.9 미터마다 매초씩 줄어듭니다. 점프의 최고점부터 트램펄린 위에서 가장 낮은 지점까지 몇 초가 지나는지 구하세요.

그림

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영어 원문 보기

You jump up from the side of a trampoline with an initial upward velocity of 11 metre per second. While you are in the air, your deceleration is a constant 9.89.8 metres per second per second due to gravity. Once you hit the trampoline, as you fall your speed decreases by 4.94.9 metres per second per second. How many seconds pass between the peak of your jump and the lowest part of your fall on the trampoline?

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정답·풀이 보기

(1) 뛰어오른 뒤 트램펄린에 닿기 전과 (2) 트램펄린 속으로 떨어지는 동안에는 서로 다른 힘이 작용한다. 두 경우 모두 가속도가 상수이므로 두 높이 함수는 모두 a2t2+vt+h\frac{a}{2}t^2+vt+h 꼴의 이차함수이다. 여기서 aa 는 가속도, vv 는 t=0t=0 일 때의 속도, hh 는 처음 높이이다.

  • 먼저 (1), 즉 점프하는 동안 발이 트램펄린에 닿기 전의 시간을 생각하자. t=0t=0 을 뛰어오른 순간으로 하고, 트램펄린 가장자리의 높이를 00 으로 하자. 처음 속도가 (양수) 초속 11 미터였으므로 높이는 다음과 같다. h1(t)=−9.82t2+t=t(−9.82t+1)h_1(t)=\frac{-9.8}{2}t^2+t=t\left(\frac{-9.8}{2}t+1\right) 가속도가 양의 속도와 반대로 작용하므로 음의 부호가 붙는다는 점에 주의한다.
  • 떨어지다가 발이 처음 트램펄린에 닿을 때의 속도를 알아야 한다. 점프한 뒤 발이 처음 트램펄린에 닿는 시각은 바로 h1(t)=0h_1(t)=0 이고 t>0t>0 일 때이다. 즉 t=29.8t=\frac{2}{9.8} 일 때이다. 이제 h′(t)=−9.8t+1h'(t)=-9.8t+1 이므로 h′(29.8)=−9.8(29.8)+1=−1h'\left(\frac{2}{9.8}\right)=-9.8\left(\frac{2}{9.8}\right)+1=-1 이다. 따라서 발이 트램펄린에 닿는 순간 당신은 초속 1 미터로 내려가고 있다.

참고: 이 값이 처음 속력과 같은 것은 우연만은 아니다. 포물선의 대칭성과 에너지 보존을 생각해 보자.

  • 이제 트램펄린이 낙하를 늦추는 동안의 높이를 생각해야 한다. 일반식 a2t2+vt+h\frac{a}{2}t^2+vt+h 에서 vv 는 t=0t=0 일 때의 속도라는 점을 기억하자. 그런데 트램펄린에 닿는 시각은 t=0t=0 이 아니라 t=29.8t=\frac{2}{9.8} 이다. 간단히 하기 위해 여정의 두 번째 부분에는 다른 시간 척도를 쓰자. 발이 트램펄린 표면에 닿는 순간(T=0T=0)부터 낙하의 맨 아래까지, 시각 TT 에서의 높이를 h2(T)h_2(T) 라 하자. 이제 처음 속도가 초속 −1-1 미터(높이가 줄어들므로 음수)이고 가속도가 초당 4.94.9 미터마다 매초(속도가 음수에서 00 으로 증가하므로 양수)라는 사실을 쓸 수 있다. h2(T)=4.92T2−Th_2(T)=\frac{4.9}{2}T^2-T 여기서도 트램펄린 가장자리의 높이는 00 으로 본다.

참고: 자유 낙하할 때의 가속도는 음수인데 트램펄린 위에서의 가속도는 양수라는 점이 혼란스럽다면, 중력은 당신을 아래로 밀고 트램펄린은 당신을 위로 민다는 것을 기억하자.

  • 트램펄린 속에서 얼마나 오래 떨어졌을까? 식 h2(T)h_2(T) 는 트램펄린이 낙하를 늦추는 동안에만 높이를 알려 준다. 속도가 00 이 될 때 낙하의 맨 아래에 이른다. h2′(T)=4.9T−1h_2'(T)=4.9T-1 이므로 T=14.9T=\frac{1}{4.9} 일 때 낙하의 맨 아래에 이른다. 주의하자. 이것은 트램펄린에 닿은 때로부터 14.9\frac{1}{4.9} 초 뒤이지, 낙하의 최고점이나 뛰어오른 때로부터가 아니다.
  • 마지막 조각은 점프의 최고점에서 트램펄린 표면까지 떨어지는 데 걸린 시간이다. 그동안의 운동을 나타내는 식은 h1(t)=−9.82t2+th_1(t)=\frac{-9.8}{2}t^2+t 이다. 속도가 00 일 때 최고점에 이른다. h1′(t)=−9.8t+1=0⇒t=19.8h_1'(t)=-9.8t+1 =0\qquad\Rightarrow\qquad t=\frac{1}{9.8} 따라서 당신은 t=19.8t=\frac{1}{9.8} 에서 최고점을 출발하여 t=21.98t=\frac{2}{1.98} 에서 트램펄린 가장자리 높이에 이르렀으므로, 낙하에 19.8\frac{1}{9.8} 초가 걸렸다.

참고: 앞에서 언급한 대칭성에 의해, 점프의 최고점에서 트램펄린 표면까지 떨어지는 데 걸린 시간은 가장자리에서 뛰어오른 순간부터 다시 트램펄린 표면에 닿는 순간까지 걸린 시간의 절반과 같다.

  • 따라서 점프의 최고점에서 맨 아래까지 떨어진 시간은 19.8+14.9≈0.3\frac{1}{9.8}+\frac{1}{4.9}\approx 0.3 초이다.
원본 교재 풀이(영어)

Different forces are acting on you (1) after you jump but before you land on the trampoline, and (2) while you are falling into the trampoline. In both instances, the acceleration is constant, so both height functions are quadratic, of the form a2t2+vt+h\frac{a}{2}t^2+vt+h, where aa is the acceleration, vv is the velocity when t=0t=0, and hh is the initial height.

  • Let's consider (1) first, the time during your jump before your feet touch the trampoline. Let t=0t=0 be the moment you jump, and let the rim of the trampoline be height 00. Then, since your initial velocity was (positive) 11 meter per second, your height is given by h1(t)=−9.82t2+t=t(−9.82t+1)h_1(t)=\frac{-9.8}{2}t^2+t=t\left(\frac{-9.8}{2}t+1\right) Notice that, because your acceleration is working against your positive velocity, it has a negative sign.
  • We'll need to know your velocity when your feet first touch the trampoline on your fall. The time your feet first first touch the trampoline after your jump is precisely when h1(t)=0h_1(t)=0 and t>0t>0. That is, when t=29.8t=\frac{2}{9.8}. Now, since h′(t)=−9.8t+1h'(t)=-9.8t+1, h′(29.8)=−9.8(29.8)+1=−1h'\left(\frac{2}{9.8}\right)=-9.8\left(\frac{2}{9.8}\right)+1=-1. So, you are descending at a rate of 1 metre per second at the instant your feet touch the trampoline.

Remark: it is not only coincidence that this was your initial speed. Think about the symmetries of parabolas, and conservation of energy.

  • Now we need to think about your height as the trampoline is slowing your fall. One thing to remember about our general equation a2t2+vt+h\frac{a}{2}t^2+vt+h is that vv is the velocity when t=0t=0. But, you don't hit the trampoline at t=0t=0, you hit it at t=29.8t=\frac{2}{9.8}. In order to keep things simple, let's use a different time scale for this second part of your journey. Let's let h2(T)h_2(T) be your height at time TT, from the moment your feet touch the trampoline skin (T=0T=0) to the bottom of your fall. Now, we can use the fact that your initial velocity is −1-1 metres per second (negative, since your height is decreasing) and your acceleration is 4.94.9 metres per second per second (positive, since your velocity is increasing from a negative number to zero): h2(T)=4.92T2−Th_2(T)=\frac{4.9}{2}T^2-T where still the height of the rim of the trampoline is taken to be zero.

Remark: if it seems very confusing that your free-falling acceleration is negative, while your acceleration in the trampoline is positive, remember that gravity is pushing you down, but the trampoline is pushing you up.

  • How long were you falling in the trampoline? The equation h2(T)h_2(T) tells you your height only as long as the trampoline is slowing your fall. You reach the bottom of your fall when your velocity is zero. h2′(T)=4.9T−1h_2'(T)=4.9T-1 so you reach the bottom of your fall at T=14.9T=\frac{1}{4.9}. Be careful: this is 14.9\frac{1}{4.9} seconds after you entered the trampoline, not after the peak of your fall, or after you jumped.
  • The last piece of the puzzle is how long it took you to fall from the peak of your jump to the surface of the trampoline. We know the equation of your motion during that time: h1(t)=−9.82t2+th_1(t)=\frac{-9.8}{2}t^2+t. You reached the peak when your velocity was zero: h1′(t)=−9.8t+1=0⇒t=19.8h_1'(t)=-9.8t+1 =0\qquad\Rightarrow\qquad t=\frac{1}{9.8} So, you fell from your peak at t=19.8t=\frac{1}{9.8} and reached the level of the trampoline rim at t=21.98t=\frac{2}{1.98}, which means the fall took 19.8\frac{1}{9.8} seconds.

Remark: by the symmetry mentioned early, the time it took to fall from the peak of your jump to the surface of the trampoline is the same as one-half the time from the moment you jumped off the rim to the moment you're back on the surface of the trampoline.

  • So, your time falling from the peak of your jump to its bottom was 19.8+14.9≈0.3\frac{1}{9.8}+\frac{1}{4.9}\approx 0.3 seconds.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.1절 · 11번
# 속도와 가속도그래프·표 해석도전자동 분류
4.CLP-1 · 3.5절 · 5번우리말 번역

아래에는 여러 곡선이 있으며, 모두 x=2x=2 에서 특이점을 가진다. 각각에 대해 x=2x=2 가 극댓값인지, 극솟값인지, 아니면 둘 다 아닌지 표시하세요.

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영어 원문 보기

Below are a number of curves, all of which have a singular point at x=2x=2. For each, label whether x=2x=2 is a local maximum, a local minimum, or neither.

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정답·풀이 보기

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첫 번째 곡선에서는 x=2x=2 에서의 함숫값(즉, 속이 찬 점의 yy 값)이 주변의 어떤 값보다도 크므로 극댓값이다.

두 번째 곡선에서는 x=2x=2 에서의 함숫값(즉, 속이 찬 점의 yy 값)이 왼쪽의 모든 값보다는 크지만, 바로 오른쪽의 값들보다는 작다. (아래에 다시 나타낸 그래프에서 f(x)f(x) 는 빨간 부분의 모든 값보다 크고, 파란 부분의 모든 값보다 작다.) 따라서 극댓값도 극솟값도 아니다.

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마찬가지로 세 번째 곡선에서는 f(2)f(2) 가 오른쪽의 값들보다 작고 왼쪽의 값들보다 크므로 극솟값도 극댓값도 아니다.

마지막 곡선에서는 f(2)f(2) (속이 찬 점의 yy 값임을 기억하자)가 바로 왼쪽과 오른쪽의 모든 값(예를 들어 아래에 빨간색으로 표시한 구간에서)보다 크므로 극댓값이다.

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원본 교재 풀이(영어)

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For the first curve, the function's value at x=2x=2 (that is, the yy-value of the solid dot) is higher than anything around it. So, it's a local maximum.

For the second curve, the function's value at x=2x=2 (that is, the yy-value of the solid dot) is higher than everything to the left, but lower than values immediately to the right. (On the graph reproduced below, f(x)f(x) is higher than everything in the red section, and lower than everything in the blue section.) So, it is neither a local max nor a local min.

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Similarly, for the third curve, f(2)f(2) is lower than the values to the right of it, and higher than values to the left of it, so it is neither a local minimum nor a local maximum.

In the final curve, f(2)f(2) (remember–this is the yy-value of the solid dot) is higher than everything immediately to the left or right of it (for instance, over the interval marked in red below), so it is a local maximum.

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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.3절 · 18번
# 극대와 극소그래프·표 해석도전자동 분류
5.CLP-1 · 3.6절 · 13번우리말 번역

(a) 함수 y=f(x)=x5−xy=f(x)=x^5-x 의 그래프를 그리세요. 이때 점근선, 극댓값과 극솟값, 변곡점, 그리고 그래프가 아래로 볼록인 구간과 위로 볼록인 구간을 나타내세요. (b) 함수 f(x)=x5−x+kf(x)=x^5-x+k 를 생각하세요. 여기서 kk 는 상수이고 −∞<k<∞-\infty<k<\infty 입니다. 이 함수는 몇 개의 근을 갖는지 구하세요. (답은 kk 의 값에 따라 달라질 수 있습니다.)

영어 원문 보기

(a) Sketch the graph of y=f(x)=x5−xy=f(x)=x^5-x, indicating asymptotes, local maxima and minima, inflection points, and where the graph is concave up/concave down. (b) Consider the function f(x)=x5−x+kf(x)=x^5-x+k, where kk is a constant, −∞<k<∞-\infty<k<\infty. How many roots does the function have? (Your answer might depend on the value of kk.)

정답·풀이 보기

(a) 먼저 미분한다. f(x)=x5−xf′(x)=5x4−1f′′(x)=20x3f(x) = x^5-x\qquad f'(x)=5x^4-1\qquad f''(x)=20x^3\qquad 함수와 그 도함수로부터 다음을 알 수 있다.

  • lim⁡x→∞f(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to \infty} f(x)=\infty, lim⁡x→−∞f(x)=−∞\displaystyle \lim_{x \to -\infty} f(x)=-\infty
  • ∣x∣>154|x|> \dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} 에서 f′(x)>0f'(x)> 0 (즉, ff 는 증가)
  • x=±154≈±0.67x= \pm\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} \approx \pm 0.67 에서 f′(x)=0f'(x)=0 (즉, ff 는 임계점을 가짐)
  • ∣x∣<154|x| < \dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} 에서 f′(x)<0f'(x)< 0 (즉, ff 는 감소)
  • f(±154)=∓4554≈∓0.53f\left(\pm\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}\right)=\mp\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}\approx\mp0.53

이로부터 그래프의 대략적인 모양을 처음으로 짐작할 수 있다.

그림

이 뼈대를 이계도함수의 정보를 이용해 다듬는다.

  • x>0x> 0 에서 f′′(x)>0f''(x)> 0 (즉, ff 는 아래로 볼록),
  • x=0x=0 에서 f′′(x)=0f''(x)=0 (즉, ff 는 변곡점을 가짐),
  • x<0x<0 에서 f′′(x)<0f''(x)< 0 (즉, ff 는 위로 볼록)

따라서

  • ff 는 점근선이 없다
  • ff 는 x=−154x=-\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} 에서 극대이고 x=154x=\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} 에서 극소이다
  • ff 는 x=0x=0 에서 변곡점을 갖는다
  • ff 는 x<0x<0 에서 위로 볼록이고 x>0x>0 에서 아래로 볼록이다

그림

(b) 함수 x5−x+kx^5-x+k 가 x=x0x=x_0 에서 근을 가질 필요충분조건은 x=x0x=x_0 에서 x5−x=−kx^5-x=-k 인 것이다. 따라서 x5−x+kx^5-x+k 의 서로 다른 실근의 개수는 곡선 y=x5−xy=x^5-x 가 수평선 y=−ky=-k 와 만나는 횟수와 같다. x5−xx^5-x 의 극댓값(x=−154x=-\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} 일 때)은 4554\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}} 이고, x5−xx^5-x 의 극솟값(x=154x=\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} 일 때)은 −4554-\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}} 이다. 따라서 위의 x5−xx^5-x 의 그래프를 보면, x5−x+kx^5-x+k 의 서로 다른 실근의 개수는 다음과 같다.

  • ∣k∣>4554|k|>\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}} 일 때 1
  • ∣k∣=4554|k|=\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}} 일 때 2
  • ∣k∣<4554|k|<\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}} 일 때 3
원본 교재 풀이(영어)

(a) First, we differentiate. f(x)=x5−xf′(x)=5x4−1f′′(x)=20x3f(x) = x^5-x\qquad f'(x)=5x^4-1\qquad f''(x)=20x^3\qquad The function and its first derivative tells us the following:

  • lim⁡x→∞f(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to \infty} f(x)=\infty, lim⁡x→−∞f(x)=−∞\displaystyle \lim_{x \to -\infty} f(x)=-\infty
  • f′(x)>0f'(x)> 0 (i.e. ff is increasing) for ∣x∣>154|x|> \dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}
  • f′(x)=0f'(x)=0 (i.e. ff has critical points) for x=±154≈±0.67x= \pm\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} \approx \pm 0.67
  • f′(x)<0f'(x)< 0 (i.e. ff is decreasing) for ∣x∣<154|x| < \dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}
  • f(±154)=∓4554≈∓0.53f\left(\pm\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}\right)=\mp\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}\approx\mp0.53

This gives us a first idea of the shape of the graph.

figure

We refine this skeleton using information from the second derivative.

  • f′′(x)>0f''(x)> 0 (i.e. ff is concave up) for x>0x> 0,
  • f′′(x)=0f''(x)=0 (i.e. ff has an inflection point) for x=0x=0, and
  • f′′(x)<0f''(x)< 0 (i.e. ff is concave down) for x<0x<0

Thus

  • ff has no asymptotes
  • ff has a local maximum at x=−154x=-\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}} and a local minimum at x=154x=\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}
  • ff has an inflection point at x=0x=0
  • ff is concave down for x<0x<0 and concave up for x>0x>0

figure

(b) The function x5−x+kx^5-x+k has a root at x=x0x=x_0 if and only if x5−x=−kx^5-x=-k at x=x0x=x_0. So the number of distinct real roots of x5−x+kx^5-x+k is the number of times the curve y=x5−xy=x^5-x crosses the horizontal line y=−ky=-k. The local maximum of x5−xx^5-x (when x=−154x=-\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}) is 4554\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}, and the local minimum of x5−xx^5-x (when x=154x=\dfrac{1}{\sqrt[4]{5}}) is −4554-\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}. So, looking at the graph of x5−xx^5-x above, we see that the number of distinct real roots of x5−x+kx^5-x+k is

  • 1 when ∣k∣>4554|k|>\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}
  • 2 when ∣k∣=4554|k|=\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}
  • 3 when ∣k∣<4554|k|<\dfrac{4}{5\sqrt[4]{5}}
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