을 미분하세요.
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Differentiate .
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곱의 미분법을 쓰는 것이 전개하는 것보다 빠른 것 같다.
원본 교재 풀이(영어)
Using the product rule seems faster than expanding.
문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분
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328문제 · 16 / 17쪽
을 미분하세요.
Differentiate .
곱의 미분법을 쓰는 것이 전개하는 것보다 빠른 것 같다.
Using the product rule seems faster than expanding.
을 미분하세요.
Differentiate .
몫의 미분법을 피하기 위해 분모로 나누어 식을 정리할 수 있다.
(다르게 간단히 했거나 몫의 미분법을 사용했다면 아마 다른 모양의 답을 얻었을 것이다. 그러나 도함수는 하나뿐이므로, 올바른 답은 모두 충분히 식을 정리하면 같은 모양이 된다.)
To avoid the quotient rule, we can divide through the denominator:
(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.)
두 곡선 과 에 (서로 다른 점에서) 모두 접하는 직선의 방정식을 구하세요.
Find an equation of a line that is tangent to both of the curves and (at different points).
공통접선의 기울기를 , 과의 접점을 , 와의 접점을 라 하자. 그러면 다음이 성립해야 한다. “” 에 관한 등식들로부터 , 이고
공통접선의 방정식은 이다.
Denote by the slope of the common tangent, by the point of tangency with , and by the point of tangency with . Then we must have From the “” equations we get , and
An equation of the common tangent is .
의 값을 구하세요.
Evaluate
이 극한은 함수 의 에서의 미분계수를 나타낸다. 이는 , 에 미분계수의 정의를 그대로 적용하면 확인할 수 있다.
의 도함수는 이므로 에서의 값은 정확히 이다.
This limit represents the derivative computed at of the function . To see this, simply use the definition of the derivative at with :
Since the derivative of is , then its value at is exactly .
다음 성질을 만족하는 함수 를 하나 제시하세요.
그러나 모든 에 대해 이다.
Give a function with the properties that:
but for all , .
가 모든 에서 미분가능하므로 는 모든 에서 연속이기도 하다. 만약 가 닫힌구간 에서 연속이라면 평균값 정리에 의해 어떤 에 대해 이 보장된다. 그러나 이 경우는 그렇지 않다. 따라서 는 모든 에서는 연속이지만, 모든 에서는 연속이 아니어야 한다.
에서 이므로 는 그 구간에서 상수함수이다. 따라서 는 다음과 같은 함수이다.

여기서 상수함수의 높이는 어떤 값이어도 된다.
따라서 가능한 답 중 하나는 이다.
Since is differentiable for all , then is also continuous for all . If were continuous on the closed interval , then the MVT would guarantee for some ; however, this is not the case. So, it must be that is continuous for all , but not for all .
Since for , that means is constant on that interval. So, is a function like this:

where the height of the constant function can be anything.
So, one possible answer is .
함수 의 근은 몇 개인가요?
How many roots does the function have?
간단히 살펴보면 은 의 근이다. 이제 다른 근이 있을 수 있는지가 문제이다. 는 모든 실수에서 미분가능하므로, 또 다른 근 가 있다면 롤의 정리에 의해 과 사이의 어떤 에 대해 이다. 그런데 는 결코 이 되지 않는다. 따라서 두 번째 근은 없으며, 의 근은 정확히 하나이다.
By inspection, we see is a root of . The question now is whether there could possibly be other roots. Since is differentiable over all real numbers, if there is another root , then by Rolle's Theorem, for some strictly between and . However, is never zero. So, there is no second root: has precisely one root.
함수 의 근은 몇 개인가요?
How many roots does the function have?
함수 는 모든 실수에서 연속이고 미분가능하다. 와 가 의 서로 다른 근이면, 와 사이의 어떤 에 대해 이다(롤의 정리). 그러므로 를 생각해 보자. 이 식은 간단하여 영점을 직접 구할 수 있다. 따라서 인 것은 일 때뿐이다. 도함수의 영점이 하나뿐이라는 사실은 매우 유용하다. 이는 (롤의 정리에 의해) 가 서로 다른 근 , ()를 가지면 반드시 여야 함을 뜻한다. 또한 이는 가 인 서로 다른 세 근 와 (예를 들어) 를 가질 수 없음을 뜻한다. 그렇게 되면 롤의 정리에 의해 가 와 사이에 하나, 와 사이에 또 하나, 모두 두 개의 영점을 갖게 되기 때문이다.
지금까지 는 근이 많아야 두 개이며, 근이 두 개 있다면 그 근들이 어디에 있을 수 있는지를 알았다. 그러나 이것만으로는 의 근이 0개, 1개, 2개 중 무엇인지 알 수 없다.
의 근을 눈으로 어림해서 찾기는 쉽지 않다. 하지만 와 의 다음 성질을 이용하면 의 그래프를 충분히 파악하여 근이 정확히 몇 개인지 알 수 있다.
따라서 이 함수는 다음 그래프와 비슷한 모양이어야 한다.

다만 절편의 위치는 아직 확실하지 않다. 현재 알고 있는 것은 하나는 의 왼쪽에, 다른 하나는 오른쪽에 있다는 것뿐이다.
가 아주 작은 음수에서 아주 큰 양수로 증가할 때 가 어떻게 변하는지 살펴보자.
그러므로 의 근은 정확히 두 개이며, 하나는 에, 다른 하나는 에 있다.
The function is continuous and differentiable over all real numbers. If and are distinct roots of , then for some strictly between and (Rolle's Theorem). So, let's think about . This is simple enough that we can find its zero explicitly: Hence only when . That the derivative only has a single zero is very useful. It means (via Rolle's theorem) that if has distinct roots and with , then we must have . This also means that cannot have 3 distinct roots and (say) with , because then Rolle's theorem would imply that would have two zeros — one between and and another between and .
We've learned that 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 could have 0, 1, or 2 roots.
It's not easy to find a root of by inspection. But we can get a good enough picture of the graph of to tell exactly how many roots there are, just by exploiting the following properties of and .
This means the function must look something like the graph below:

except we are unsure of the locations of the -intercepts. At present we only know that one is to the left of and one is to the right.
Note what happens to as increases from strongly negative values to strongly positive values.
So must have exactly two roots, one with and one with .
함수 의 근은 몇 개인지 구하세요.
How many roots does the function have?

이다. 따라서 이면 또는 이다. 이면
이다. 즉, 인 은 없다. 그러므로 바로 앞의 항목에 따라 의 근은 하나뿐이다.
여기서 는 영점이 많음에 주목하자. 사실은 무수히 많다. 그러나 구간 에서 의 근은 뿐이다.

So, if , then or . If , then
That is, there is no with . Therefore, following our last bullet point, has only one root.
Note here that has many zeroes — infinitely many, in fact. However, is the only root of in the interval .
방정식 는 양의 실수 해를 몇 개 가지는지 구하세요.
How many positive-valued solutions does the equation have?
방정식 의 양의 해의 개수를 구하려고 한다. 아래 그림은 와 의 그래프이다. 의 해는 와 가 만나는 점의 값과 정확히 같다.

에서 두 그래프는 정확히 한 번 만나는 것으로 보이며, 그 교점은 과 사이에 있다. 실제로 이고 이며 는 연속이므로, 사잇값 정리에 의해 에서 적어도 하나의 근이 존재한다.
그래프가 정확하지 않더라도 두 번째 근이 없음을 보여야 한다.
코사인 함수의 치역이 임을 떠올리자. 이면 이므로 이다. 따라서 의 근은 구간 에서만 찾으면 되고, 그 밖에는 근이 없음이 보장된다. 이 구간에서 이므로 이고, 따라서 이다. 는 에서 근을 갖지 않으므로, 롤의 정리에 의해 는 에서 근을 많아야 하나 가진다(따라서 양의 근은 전체에서 많아야 하나이다). 앞에서 의 근이 에 존재함을 이미 보였으므로, 는 양의 해를 정확히 하나 가진다.
We are to find the number of positive solutions to the equation . The figure below contains the graphs of and . The solutions to are precisely the 's where and cross.

It sure looks like there is exactly one crossing with and that one crossing is somewhere between and . Indeed since and and is continuous, the intermediate value theorem guarantees that there is at least one root with .
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 . If , then , so . So, we only need to search for roots of on the interval : we are guaranteed there are no roots elsewhere. Over this interval, , so , and thus . Since has no roots in , we conclude by Rolle's Theorem that has at most one root in (and so at most one positive root total). Since we've already found that a root of exists in , we conclude has precisely one positive-valued solution.
구간 에서 함수 에 대해 평균값 정리가 보장하는 점을 구하세요.
Find the point promised by the Mean Value Theorem for the function on the interval .
라 하자. 는 연속이고 미분가능하므로, 평균값 정리에 의해 과 사이에
를 만족하는 가 존재한다.
Write . Since is continuous and differentiable, the Mean Value Theorem asserts that there exists some between and such that
라 하자. 을 포함하는 구간 중 가 일대일함수인 가장 큰 구간을 구하세요. 의 정의역과 치역을 구하세요.
Let . What is the largest interval containing over which is one–to–one? What are the domain and range of ?
가 어떤 구간에서 일대일함수이면, 그 구간 안의 서로 다른 두 수에 대해 같은 값을 갖지 않는다. 롤의 정리에 의해, 서로 다른 와 에 대해 이면 와 사이의 어떤 에 대해 이다. 그런데 는 결코 0이 되지 않는다. 실제로 모든 에 대해 이므로 는 정의역 전체에서 엄격하게 증가한다. 따라서 함수 는 같은 값을 두 번 갖는 일이 결코 없으므로, 모든 실수 에서 일대일함수이다.
역함수 를 정의할 때, 의 정의역은 의 치역이고 그 반대도 마찬가지이다. 일반적으로는 의 정의역(따라서 의 치역)을 가 일대일함수인 구간으로 제한해야 할 수도 있지만, 이 경우에는 그럴 필요가 없다. 그러므로 의 치역은 이고, 의 정의역은 의 치역인 이다.
If is one–to–one over an interval, it never takes the same value for two distinct numbers in that interval. By Rolle's Theorem, if for distinct and , then for some between and . However, , which is never zero. In fact, for all , so is strictly increasing over its entire domain. Therefore, our function never takes the same value twice, so it is one–to–one over all the real numbers, .
When we define the inverse function , the domain of is the range of , and vice-versa. In general, we might have to restrict the domain of (and hence the range of ) to an interval where is one–to–one, but in our case, this isn't necessary. So, the range of is and the domain of is the range of : .
라 하자. 가 일대일함수가 되는, 을 포함하는 가장 큰 구간은 무엇인가? 를 이 구간으로 제한할 때, 의 정의역과 치역은 무엇인가?
Let . What is the largest interval containing over which is one–to–one? What are the domain and range of , if we restrict to this interval?
가 어떤 구간에서 일대일함수이면, 그 구간의 서로 다른 두 수에서 같은 값을 갖지 않는다. 롤의 정리에 의해, 서로 다른 , 에 대해 이면 와 사이의 어떤 에 대해 이다. 이므로, 어떤 정수 에 대해 일 때 이다. 따라서 특히 와 가 구간 의 서로 다른 수이면, 와 사이에 있는 모든 (양 끝은 제외)에 대해 이므로 롤의 정리에 의해 이다. 그러므로 는 구간 에서 일대일함수이다.
또한 구간 을 더 넓혀서 가 여전히 일대일함수가 되도록 할 수는 없음을 보여야 한다. 도함수 를 생각하자. 인 모든 에 대해 이므로 ( 의 그래프를 직접 그려 보세요) 이고 는 증가한다. 그러나 에서 이고, 가 보다 조금 크면 이므로 이고 는 감소한다. 따라서 그래프가 “방향을 바꾸어” 는 같은 값을 다시 갖는다. ( 의 그래프를 아래에서 보세요.) 가 보다 조금 작은 경우에도 마찬가지이다.

역함수 를 정의할 때, 먼저 를 로 제한한다. 그러면 의 치역도 이다. 의 정의역은 이 구간에서 의 치역이므로 이다.
If is one–to–one over an interval, it never takes the same value for two distinct numbers in that interval. By Rolle's Theorem, if for distinct and , then for some between and . Since , when for some integer . So, in particular, if and are distinct numbers in the interval , then for every strictly between and , , so by Rolle's Theorem . Therefore is one–to–one on the interval .
We should also show that the interval cannot be extended to a larger interval over which is still one–to–one. Consider the derivative . For all , we have (sketch the graph of yourself) so that and is increasing. But at , , and then for a bit bigger than we have so that and is decreasing. So the graph “reverses direction", and repeats values. (See the graph of below.) The same is true for a little smaller than

When we define the inverse function , first we restrict to . Then the range of is also . The domain of is the range of over this interval, so .
가 모든 실수에서 미분가능한 함수이고 의 근이 정확히 두 개라고 하자. 가 가질 수 있는 서로 다른 근의 개수의 최댓값은 얼마인가요?
Suppose is a function that is differentiable over all real numbers, and has precisely two roots. What is the maximum number of distinct roots that may have?
가 모든 실수에서 미분가능하므로 모든 실수에서 연속이기도 하다. 는 서로 다른 근을 네 개 이상 가질 수 없음을 주장한다. 서로 다른 두 근 마다 롤의 정리에 의해 인 가 존재한다. 즉, 는 의 근이다. 의 서로 다른 근이 두 개뿐이므로 의 서로 다른 근은 많아야 세 개이다.

Since is differentiable over all real numbers, it is also continuous over all real numbers. We claim that cannot have four or more distinct roots. For every two distinct roots , Rolle's Theorem tells us there is a such that : that is, is a root of . Since has only two distinct roots, can have at most three distinct roots.

은 몇 개의 근을 가지는지 구하세요.
How many roots does have?
방정식 의 해의 개수를 구해야 한다. 아래 그림에는 과 의 그래프가 있다. 의 해는 바로 과 가 만나는 점의 값이다.

그림을 보면 두 그래프는 두 번 만나는 것처럼 보인다. 함수 의 치역이 이므로, 두 함수가 만난다면 이기도 하다. 이차함수에서 이 부분은 그림에서 파란색으로 표시되어 있다. 파란 호의 양 끝점의 좌표는 을 풀어 구한다. 즉 , , 그리고 (이차방정식을 이용하면) 이다.
이제 위 그림으로 얻은 직관을 활용하여, 가 근을 정확히 두 개 가짐을 보이는 간결한 논증을 쓸 수 있다. 일반적으로 함수가 개의 근을 가짐을 보이려면, 서로 다른 개의 근이 어딘가에 존재함을 보이고, 서로 다른 개의 근은 존재하지 않음을 보여야 함을 기억하자. 이 논증은 아래 파란 글씨로 주어진다.

We are asked to find the number of solutions to the equation . The figure below contains the graphs of and . The solutions to are precisely the 's where and cross.

From the figure, it sure looks like there are two crossings. Since the function has range , if the two functions cross, then also . This portion of the quadratic function is highlighted in blue in the figure. The coordinates of the end points of the blue arcs are found by solving , i.e. , , and (using the quadratic equation) .
We are now in a position to exploit the intuition that we have built using the above figure to write a concise argument showing that has exactly two roots. Remember that, in general, if we want to show that a function has roots, we need to show that there exist distinct roots somewhere, and that there do not exist distinct roots. This argument is given below, in blue text.

이다. 구간 에서 최댓값과 최솟값을 모두 구하세요.
. Find all global extrema on the interval
최댓값과 최솟값은 구간 안의 임계점이나 특이점, 또는 끝점 에서 나타난다.
이다. 이는 모든 실수에서 정의되므로 특이점은 없다. 인 경우는 일 때뿐이다. 이 값은 구간 안에 있다. 따라서 확인할 점은 , 그리고 이다.
최댓값은 에서 45 이고, 최솟값은 에서 이다.
Global extrema will occur at critical or singular points in the interval or at the endpoints .
. Since this is defined for all real numbers, there are no singular points. The only time is when . This is inside the interval . So, our points to check are and .
The global maximum is 45 at and the global minimum is at .
. 구간 에서 모든 최댓값과 최솟값을 구하세요.
. Find all global extrema on the interval .
최댓값과 최솟값은 구간의 양 끝점 , 에서 나타나거나, 구간 안의 특이점 또는 임계점에서 나타난다. 는 다항식이므로 모든 점에서 미분가능하고, 따라서 특이점은 없다. 임계점을 구하기 위해 도함수를 0과 같다고 놓는다.
구간 안에 있는 임계점은 뿐이다.
이 구간에서 최댓값은 일 때 이고, 최솟값은 일 때 이다.
Global extrema will occur at the endpoints of the interval, and , or at singular or critical points inside the interval. Since 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.
The only critical point inside the interval is .
The global maximum over the interval is at , and the global minimum is at .
의 모든 점근선을 구하세요.
Find all asymptotes of .
수직 점근선은 함수가 무한히 커지는 곳에서 생긴다. 유리함수에서는 분모가 0이 될 때에만 이런 일이 일어날 수 있다. 이 문제에서는 일 때 분모가 0이고, 이때 분자는 이다. 즉 가 3에 한없이 가까워지면 분자는 147에 한없이 가까워지고 분모는 0에 한없이 가까워지므로, 는 한없이 커진다. 따라서 에서 수직 점근선이 있다.
수평 점근선은 가 양의 무한대와 음의 무한대로 갈 때의 극한을 구하여 찾는다. 이 문제에서는 두 극한이 같으므로 풀이를 하나로 합쳐 쓴다.
따라서 일 때와 일 때 모두 수평 점근선 가 있다.
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 , and in this case the numerator is . That means that as gets closer and closer to 3, the numerator gets closer and closer to 147 while the denominator gets closer and closer to 0, so grows without bound. That is, there is a vertical asymptote at .
The horizontal asymptotes are found by taking the limits as goes to infinity and negative infinity. In our case, they are the same, so we condense our work.
So there is a horizontal asymptote of both as and as .
의 모든 점근선을 구하세요.
Find all asymptotes of .
는 모든 실수에서 연속이므로 수직 점근선은 없다.
수평 점근선을 구하기 위해 의 값을 구한다.
즉, 은 일 때의 수평 점근선이다.
Since is continuous over all real numbers, it has no vertical asymptote.
To find the horizontal asymptotes, we evaluate .
That is, is a horizontal asymptote as .
이 증가하는 가장 큰 열린구간을 구하세요.
Find the largest open interval on which is increasing.
의 정의역은 을 제외한 모든 실수이다( 일 때 분모가 이기 때문이다). 에서 몫의 미분법으로 미분하면 다음과 같다. 의 정의역에 속하는 모든 에 대해 와 은 양수이므로, 의 부호는 의 부호와 같다. 따라서 는 정의역에 속하면서 인 모든 에서 증가한다. 즉, 열린구간 에서 증가한다.
The domain of is all real numbers except (because when the denominator is zero). For , we differentiate using the quotient rule: Since and are positive for every in the domain of , the sign of is the same as the sign of . We conclude that is increasing for every in its domain with . That is, over the open interval .
함수 가 증가하는 가장 큰 열린구간을 구하세요.
Find the largest open interval on which is increasing.
음수의 제곱근은 취할 수 없으므로 는 일 때만 정의된다. 또한 분모가 0이 될 수 없으므로 는 정의역에 속하지 않지만, 이기만 하면 도 성립한다. 따라서 이 함수의 정의역은 이다.
가 증가하는 구간을 찾기 위해 가 양수인 곳을 찾는다. 분모는 결코 음수가 아니므로 는 의 분자가 양수일 때, 즉 일 때, 다시 말해 일 때 증가한다. 의 정의역이 임을 떠올리면, 는 열린구간 에서 증가한다고 결론짓는다.
Since we can't take the square root of a negative number, is only defined when . Furthermore, since we can't have zero as a denominator, is not in the domain — but as long as , we also have . So, the domain of the function is .
In order to find where is increasing, we find where is positive. The denominator is never negative, so is increasing when the numerator of is positive, i.e. when , or . Recalling that the domain of definition for is , we conclude that is increasing on the open interval .