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

736문제 · 31 / 37쪽

601.CLP-1 · 2.2절 · 5번우리말 번역

f′(x)f'(x) 가 존재하지 않는 xx 의 값을 구하세요.

그림

영어 원문 보기

For which values of xx does f′(x)f'(x) not exist?

figure

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정답·풀이 보기

f′(−1)f'(-1) 은 존재하지 않는다. x=−1x=-1 의 왼쪽에서는 기울기가 상당히 큰 양수(약 +1+1 로 보인다)이고 오른쪽에서는 기울기가 −1/4-1/4 이기 때문이다. 미분계수는 극한을 포함하므로, 그 극한이 존재하려면 왼쪽에서의 극한과 오른쪽에서의 극한이 일치해야 한다. x=−1x=-1 에서 그래프가 날카로운 각을 이루는 것은 왼쪽 극한과 오른쪽 극한이 일치하지 않음을 나타내므로 미분계수는 존재하지 않는다.

f′(3)f'(3) 도 존재하지 않는다. 이를 확인하는 한 가지 방법은 이 점에서 함수가 불연속임에 주목하는 것이다. 더 직관적으로 보면, f(3)=1f(3)=1 이므로 한 끝점을 (3,1)(3,1) 로 하고 다른 끝점을 x=3x=3 의 바로 오른쪽에 잡아 할선을 그으면, 아래 그림과 같이 기울기가 절댓값이 점점 커지는 음수가 된다. xx 가 오른쪽에서 33 으로 갈 때 이 할선들의 기울기의 극한을 구하면 −∞-\infty 이다. (이것은 왼쪽에서의 기울기 −14-\frac{1}{4} 과 분명히 일치하지 않는다.)

그림

x=−3x=-3 에서는 그래프에 어떤 “변화”가 있지만 매끄러운 곡선이므로 이곳에서 미분계수는 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

f′(−1)f'(-1) does not exist, because to the left of x=−1x=-1 the slope is a pretty big positive number (looks like around +1+1) and to the right the slope is −1/4-1/4. Since the derivative involves a limit, that limit needs to match the limit from the left and the limit from the right. The sharp angle made by the graph at x=−1x=-1 indicates that the left and right limits do not match, so the derivative does not exist.

f′(3)f'(3) also does not exist. One way to see this is to notice that the function is discontinuous here. More viscerally, note that f(3)=1f(3)=1, so as we take secant lines with one endpoint (3,1)(3,1), and the other endpoint just to the right of x=3x=3, we get slopes that are more and more strongly negative, as shown in the picture below. If we take the limit of the slopes of these secant lines as xx goes to 33 from the right, we get −∞-\infty. (This certainly doesn't match the slope from the left, which is −14-\frac{1}{4}.)

figure

At x=−3x=-3, there is some kind of “change" in the graph; however, it is a smooth curve, so the derivative exists here.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 11번
# 도함수의 뜻그래프·표 해석기본자동 분류
602.CLP-1 · 2.2절 · 8번우리말 번역

s(t)s(t) 가 함수이고, tt 는 초 단위로, ss 는 미터 단위로 측정된다고 하자. 이때 s′(t)s'(t) 의 단위를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose s(t)s(t) is a function, with tt measured in seconds, and ss measured in metres. What are the units of s′(t)s'(t)?

정답·풀이 보기

도함수의 정의를 이용하면, s′(t)=lim⁡h→0s(t+h)−s(t)hs'(t)=\lim_{h \to 0}\frac{s(t+h)-s(t)}{h} 분자의 단위는 미터이고, 분모의 단위는 초이다(분모는 함수의 입력의 변화에서 나오기 때문이다). 따라서 s′(t)s'(t) 의 단위는 초당 미터이다.

참고: 위치 함수의 도함수가 속도를 준다는 것을 배웠다. 이 예에서 위치는 미터로 주어지고, 속도는 초당 미터로 측정된다.

원본 교재 풀이(영어)

Using the definition of the derivative, s′(t)=lim⁡h→0s(t+h)−s(t)hs'(t)=\lim_{h \to 0}\frac{s(t+h)-s(t)}{h} The units of the numerator are meters, and the units of the denominator are seconds (since the denominator comes from the change in the input of the function). So, the units of s′(t)s'(t) are metres per second.

Remark: we learned that the derivative of a position function gives velocity. In this example, the position is given in metres, and the velocity is measured in metres per second.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 9번
# 도함수의 뜻활용기본자동 분류
603.CLP-1 · 2.2절 · 9번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 곡선 y(x)=x3+5y(x)=x^3+5 위의 점 (1,6)(1,6) 에서의 접선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to find the equation of the tangent line to the curve y(x)=x3+5y(x)=x^3+5 at the point (1,6)(1,6).

정답·풀이 보기

한 점과 그 점에서의 기울기를 알면 점-기울기 꼴로 직선의 방정식을 구할 수 있다. 점은 (1,6)(1,6) 으로 주어져 있다. 기울기는 미분계수이다.

y′(1)=lim⁡h→0y(1+h)−y(1)h=lim⁡h→0[(1+h)3+5]−[13+5]h=lim⁡h→0[1+3h+3h2+h3+5]−[1+5]h=lim⁡h→03h+3h2+h3h=lim⁡h→03+3h+h2=3\begin{aligned} y'(1)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{y(1+h)-y(1)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[(1+h)^3+5]-[1^3+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[1+3h+3h^2+h^3+5]-[1+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{3h+3h^2+h^3}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}{3+3h+h^2}\\ &=3 \end{aligned}

따라서 기울기는 3이고, 직선의 방정식은 y−6=3(x−1)y-6=3(x-1) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We can use point-slope form to get the equation of the line, if we have a point and its slope. The point is given: (1,6)(1,6). The slope is the derivative:

y′(1)=lim⁡h→0y(1+h)−y(1)h=lim⁡h→0[(1+h)3+5]−[13+5]h=lim⁡h→0[1+3h+3h2+h3+5]−[1+5]h=lim⁡h→03h+3h2+h3h=lim⁡h→03+3h+h2=3\begin{aligned} y'(1)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{y(1+h)-y(1)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[(1+h)^3+5]-[1^3+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{[1+3h+3h^2+h^3+5]-[1+5]}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{3h+3h^2+h^3}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}{3+3h+h^2}\\ &=3 \end{aligned}

So our slope is 3, which gives a line of equation y−6=3(x−1)y-6=3(x-1).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 19번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
604.CLP-1 · 2.2절 · 10번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 f(x)=1xf(x)=\frac{1}{x} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to find the derivative of f(x)=1xf(x)=\frac{1}{x}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

도함수의 정의를 세운다.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01x+h−1xh=lim⁡h→0xx(x+h)−x+hx(x+h)h=lim⁡h→0x−(x+h)x(x+h)h=lim⁡h→0−hx(x+h)h=lim⁡h→0−1x(x+h)=−1x2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{1}{x+h}-\frac{1}{x}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x}{x(x+h)}-\frac{x+h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x-(x+h)}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{-h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{-1}{x(x+h)}\\ &=\frac{-1}{x^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We set up the definition of the derivative.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01x+h−1xh=lim⁡h→0xx(x+h)−x+hx(x+h)h=lim⁡h→0x−(x+h)x(x+h)h=lim⁡h→0−hx(x+h)h=lim⁡h→0−1x(x+h)=−1x2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{1}{x+h}-\frac{1}{x}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x}{x(x+h)}-\frac{x+h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{x-(x+h)}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{\frac{-h}{x(x+h)}}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0}\frac{-1}{x(x+h)}\\ &=\frac{-1}{x^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 26번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
605.CLP-1 · 2.2절 · 11번우리말 번역

f(x)=x∣x∣f(x) = x|x| 라 하자. 도함수의 정의를 이용하여 f(x)f(x) 가 x=0x = 0 에서 미분가능함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=x∣x∣f(x) = x|x|. Using the definition of the derivative, show that f(x)f(x) is differentiable at x=0x = 0.

정답·풀이 보기

정의에 의해 f′(0)=lim⁡h→0f(h)−f(0)h=lim⁡h→0h∣h∣h=lim⁡h→0∣h∣=0f'(0)=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(h)-f(0)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{h|h|}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}|h|=0 특히 극한이 존재하므로 미분계수가 존재한다(그리고 그 값은 0이다).

원본 교재 풀이(영어)

By definition f′(0)=lim⁡h→0f(h)−f(0)h=lim⁡h→0h∣h∣h=lim⁡h→0∣h∣=0f'(0)=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(h)-f(0)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{h|h|}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}|h|=0 In particular, the limit exists, so the derivative exists (and is equal to zero).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 18번
# 도함수의 뜻증명·논술보통자동 분류
606.CLP-1 · 2.2절 · 12번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 함수 f(x)=2x+1f(x)=\frac{2}{x+1} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to compute the derivative of the function f(x)=2x+1f(x)=\frac{2}{x+1}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

도함수의 정의를 세운다.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(2x+h+1−2x+1)=lim⁡h→02h (x+1)−(x+h+1)(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→02h −h(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→0−2(x+h+1)(x+1)=−2(x+1)2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{2}{x+h+1} -\frac{2}{x+1}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{(x+1)-(x+h+1)}{(x+h+1)(x+1)}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{-h}{(x+h+1)(x+1)} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2}{(x+h+1)(x+1)} =\frac{-2}{(x+1)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We set up the definition of the derivative.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(2x+h+1−2x+1)=lim⁡h→02h (x+1)−(x+h+1)(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→02h −h(x+h+1)(x+1)=lim⁡h→0−2(x+h+1)(x+1)=−2(x+1)2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{2}{x+h+1} -\frac{2}{x+1}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{(x+1)-(x+h+1)}{(x+h+1)(x+1)}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{2}{h}\ \frac{-h}{(x+h+1)(x+1)} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2}{(x+h+1)(x+1)} =\frac{-2}{(x+1)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 5번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
607.CLP-1 · 2.2절 · 13번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 함수 f(x)=1x2+3f(x)=\frac{1}{x^2+3} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to compute the derivative of the function f(x)=1x2+3f(x)=\frac{1}{x^2+3}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(1(x+h)2+3−1x2+3)=lim⁡h→01hx2−(x+h)2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→01h−2xh−h2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→0−2x−h[(x+h)2+3][x2+3]=−2x[x2+3]2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{1}{(x+h)^2+3} -\frac{1}{x^2+3}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{x^2-(x+h)^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{-2xh-h^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\boxed{\frac{-2x}{[x^2+3]^2}} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01h(1(x+h)2+3−1x2+3)=lim⁡h→01hx2−(x+h)2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→01h−2xh−h2[(x+h)2+3][x2+3]=lim⁡h→0−2x−h[(x+h)2+3][x2+3]=−2x[x2+3]2\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\Big(\frac{1}{(x+h)^2+3} -\frac{1}{x^2+3}\Big) =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{x^2-(x+h)^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{1}{h}\frac{-2xh-h^2}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{[(x+h)^2+3][x^2+3]} =\boxed{\frac{-2x}{[x^2+3]^2}} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 20번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
608.CLP-1 · 2.2절 · 14번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 곡선 f(x)=xlog⁡10(2x+10)f(x)=x\log_{10}(2x+10) 의 x=0x=0 인 점에서의 접선의 기울기를 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to find the slope of the tangent line to the curve f(x)=xlog⁡10(2x+10)f(x)=x\log_{10}(2x+10) at the point x=0x=0.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

접선의 기울기는 미분계수이다. 항상 사용하는 도함수의 정의를 이용하여 식을 세운다. 이 극한은 일반적인 xx 에 대해서는 구하기 어렵지만 x=0x=0 일 때는 쉽다.

f′(0)=lim⁡h→0f(0+h)−f(0)h=lim⁡h→0hlog⁡10(2h+10)−0h=lim⁡h→0log⁡10(2h+10)=log⁡10(10)=1\begin{aligned} f'(0)&=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{f(0+h)-f(0)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{h\log_{10}(2h+10)-0}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \log_{10}(2h+10)=\log_{10}(10)=1 \end{aligned}

따라서 접선의 기울기는 1이다.

원본 교재 풀이(영어)

The slope of the tangent line is the derivative. We set this up using the same definition of the derivative that we always do. This limit is hard to take for general xx, but easy when x=0x=0.

f′(0)=lim⁡h→0f(0+h)−f(0)h=lim⁡h→0hlog⁡10(2h+10)−0h=lim⁡h→0log⁡10(2h+10)=log⁡10(10)=1\begin{aligned} f'(0)&=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{f(0+h)-f(0)}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{h\log_{10}(2h+10)-0}{h}\\ &=\lim_{h \rightarrow 0} \log_{10}(2h+10)=\log_{10}(10)=1 \end{aligned}

So, the slope of the tangent line is 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 22번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
609.CLP-1 · 2.2절 · 15번우리말 번역

정의를 이용하여 직접 f(x)=1x2f(x)=\frac{1}{x^2} 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of f(x)=1x2f(x)=\frac{1}{x^2} directly from the definition.

정답·풀이 보기

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01(x+h)2−1x2h=lim⁡h→0x2−(x+h)2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2xh−h2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2x−h(x+h)2x2=−2xx4=−2x3\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{\frac{1}{(x+h)^2}-\frac{1}{x^2}}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{x^2-(x+h)^2}{(x+h)^2x^2h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2xh-h^2}{(x+h)^2x^2h}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{(x+h)^2x^2}=\frac{-2x}{x^4} =-\frac{2}{x^3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01(x+h)2−1x2h=lim⁡h→0x2−(x+h)2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2xh−h2(x+h)2x2h=lim⁡h→0−2x−h(x+h)2x2=−2xx4=−2x3\begin{aligned} f'(x)&=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{\frac{1}{(x+h)^2}-\frac{1}{x^2}}{h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{x^2-(x+h)^2}{(x+h)^2x^2h} =\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2xh-h^2}{(x+h)^2x^2h}\\ &=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{-2x-h}{(x+h)^2x^2}=\frac{-2x}{x^4} =-\frac{2}{x^3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 14번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
610.CLP-1 · 2.2절 · 16번우리말 번역

다음 함수가 모든 점에서 미분가능하도록 하는 상수 aa, bb의 값을 구하세요.

f(x)={x2x≤2ax+bx>2\begin{aligned} f(x) = \left\{ \begin{array}{lc} x^2 & x\le 2\\ ax + b & x > 2 \end{array}\right. \end{aligned}

참고: 교재에서 x2x^2 과 ax+bax+b 의 도함수는 이미 배웠다. 이 문제에서는 aa, bb 의 값만 구하면 되고 그 값을 구한 과정을 정당화할 필요는 없으므로, 도함수의 정의를 사용하지 않아도 된다. 그러나 시험에서는 답의 근거를 설명하라고 할 수 있으며, 그 경우에는 도함수의 정의를 이용하여 f(x)f(x) 의 두 부분을 각각 어떻게 미분하는지 보여야 한다.

영어 원문 보기

Find the values of the constants aa and bb for which

f(x)={x2x≤2ax+bx>2\begin{aligned} f(x) = \left\{ \begin{array}{lc} x^2 & x\le 2\\ ax + b & x > 2 \end{array}\right. \end{aligned}

is differentiable everywhere.

Remark: In the text, you have already learned the derivatives of x2x^2 and ax+bax+b. In this question, you are only asked to find the values of aa and bb—not to justify how you got them—so you don't have to use the definition of the derivative. However, on an exam, you might be asked to justify your answer, in which case you would show how to differentiate the two branches of f(x)f(x) using the definition of a derivative.

정답·풀이 보기

xx 가 2가 아닐 때 이 함수는 미분가능하므로, 따져 보아야 할 곳은 xx 가 정확히 2일 때뿐이다.

ff 가 x=2x=2 에서 미분가능하려면 x=2x=2 에서 연속이기도 해야 한다. 따라서 x2∣x=2=[ax+b]x=2x^2\big|_{x=2}=\big[ax+b\big]_{x=2} 이므로 2a+b=42a+b=4 이다.

극한이 존재하려면 좌극한과 우극한이 모두 존재하고 서로 같아야 한다. 미분계수는 극한이므로, ff 가 x=2x=2 에서 미분가능하려면 x=2x=2 에서 ax+bax+b 의 좌미분계수가 x=2x=2 에서 x2x^2 의 우미분계수와 같아야 한다. ax+bax+b 는 직선이므로 그 도함수는 어디에서나 aa 이다. 이미 x2x^2 의 도함수가 2x2x 임을 알고 있으므로 a=2x∣x=2=4a=2x\big|_{x=2}=4 이어야 한다.

따라서 ff 가 모든 점에서 미분가능하도록 하는 aa, bb 의 값은 a=4a=4, b=−4b=-4 이다.

원본 교재 풀이(영어)

When xx is not equal to 2, then the function is differentiable– the only place we have to worry about is when xx is exactly 2.

In order for ff to be differentiable at x=2x=2, it must also be continuous at x=2x=2. This forces x2∣x=2=[ax+b]x=2x^2\big|_{x=2}=\big[ax+b\big]_{x=2} or 2a+b=4.2a+b=4.

In order for a limit to exist, the left- and right-hand limits must exist and be equal to each other. Since a derivative is a limit, in order for ff to be differentiable at x=2x=2, the left hand derivative of ax+bax+b at x=2x=2 must be the same as the right hand derivative of x2x^2 at x=2x=2. Since ax+bax+b is a line, its derivative is aa everywhere. We've already seen the derivative of x2x^2 is 2x2x, so we need a=2x∣x=2=4.a=2x\big|_{x=2}=4.

So, the values of aa and bb that makes ff differentiable everywhere are a=4a=4 and b=−4b=-4.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 15번
# 도함수의 뜻증명·논술보통자동 분류
611.CLP-1 · 2.2절 · 17번우리말 번역

도함수의 정의를 이용하여 f(x)=1+xf(x) = \sqrt{1 + x} 일 때 f′(x)f'(x) 를 계산하세요. f′(x)f'(x) 는 어디에서 존재하는지 구하세요.

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to compute f′(x)f'(x) if f(x)=1+xf(x) = \sqrt{1 + x}. Where does f′(x)f'(x) exist?

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 를 도함수의 정의에 대입한다. 극한값을 구하기 위해 분자의 켤레식을 분모와 분자에 곱한 다음 간단히 한다.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01+x+h−1+xh=lim⁡h→01+x+h−1+xh(1+x+h+1+x1+x+h+1+x)=lim⁡h→0(1+x+h)−(1+x)h(1+x+h+1+x)=lim⁡h→0hh(1+x+h+1+x)=lim⁡h→011+x+h+1+x=11+x+0+1+x=121+x\begin{aligned} f'(x)=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h} \left(\frac{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\right)\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{(1+x+h)-(1+x)}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{h}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{1}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{1+x+0}+\sqrt{1+x}}=\frac{1}{2\sqrt{1+x}} \end{aligned}

함수의 정의역은 [−1,∞)[-1,\infty) 이다. 특히 x=−1x=-1 에서 f(x)f(x) 는 정의된다. 그러나 x=−1x=-1 에서 f′(x)f'(x) 는 정의되지 않으므로, f′(x)f'(x) 는 (−1,∞)(-1,\infty) 에서만 존재한다.

참고: lim⁡x→−1+f′(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to -1^+}f'(x)=\infty 이므로, 점 x=−1x=-1 에서 f(x)f(x) 의 접선은 접선이 수직이다.

원본 교재 풀이(영어)

We plug in f(x)f(x) to the definition of a derivative. To evaluate the limit, we multiply and divide by the conjugate of the numerator, then simplify.

f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→01+x+h−1+xh=lim⁡h→01+x+h−1+xh(1+x+h+1+x1+x+h+1+x)=lim⁡h→0(1+x+h)−(1+x)h(1+x+h+1+x)=lim⁡h→0hh(1+x+h+1+x)=lim⁡h→011+x+h+1+x=11+x+0+1+x=121+x\begin{aligned} f'(x)=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{\sqrt{1+x+h}-\sqrt{1+x}}{h} \left(\frac{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\right)\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{(1+x+h)-(1+x)}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{h}{h(\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x})}\\ &=\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{1}{\sqrt{1+x+h}+\sqrt{1+x}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{1+x+0}+\sqrt{1+x}}=\frac{1}{2\sqrt{1+x}} \end{aligned}

The domain of the function is [−1,∞)[-1,\infty). In particular, f(x)f(x) is defined when x=−1x=-1. However, f′(x)f'(x) is not defined when x=−1x=-1, so f′(x)f'(x) only exists over (−1,∞)(-1,\infty).

Remark: lim⁡x→−1+f′(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to -1^+}f'(x)=\infty, so the tangent line to f(x)f(x) at the point x=−1x=-1 has a vertical slope.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 16번
# 도함수의 뜻계산보통자동 분류
612.CLP-1 · 2.2절 · 19번우리말 번역

다음 함수의 x=0x=0 에서의 미분계수가 존재하는지 판단하세요.

f(x)={xcos⁡x(x≥0 일 때)x2+x4(x<0 일 때)\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} x \cos x & \text{(}x\ge 0\text{ 일 때)}\\ \sqrt{x^2+x^4} & \text{(}x< 0\text{ 일 때)}\end{cases} \end{aligned}

미분계수의 정의를 이용하여 답이 옳음을 보여야 합니다.

영어 원문 보기

Determine whether the derivative of following function exists at x=0x=0.

f(x)={xcos⁡x if x≥0x2+x4 if x<0\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} x \cos x & \text{ if } x\ge 0\\ \sqrt{x^2+x^4} & \text{ if } x< 0 \end{cases} \end{aligned}

You must justify your answer using the definition of a derivative.

정답·풀이 보기

다음 극한 lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)−0x=lim⁡x→0f(x)x\lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-0}{x}=\lim_{x\to 0} \frac{f(x)}{x} 이 존재하면 함수는 x=0x=0 에서 미분가능하다 (x=0x=0 을 포함하는 첫 번째 식의 정의에 따라 f(0)=0f(0)=0 임을 이용했다). 먼저 좌극한을 계산한다. 이 계산에서 x<0x<0 이면 x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2}=|x|=-x 임을 떠올리자. lim⁡x→0−f(x)x=lim⁡x→0−x2+x4x=lim⁡x→0−x21+x2x=lim⁡x→0−x1+x2x=−1\lim_{x\to 0^-}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\to 0^-}\frac{\sqrt{x^2+x^4}}{x}=\lim_{x\to 0^-} \frac{\sqrt{x^2}\sqrt{1+x^2}}{x}=\lim_{x \rightarrow 0}\frac{-x\sqrt{1+x^2}}{x}=-1 이제 우극한을 구하면 lim⁡x→0+xcos⁡xx=lim⁡x→0+cos⁡x=1.\lim_{x\to 0^+}\frac{x\cos x}{x}=\lim_{x\to 0^+}\cos x = 1. 좌극한과 우극한이 같지 않으므로 x=0x=0 에서 미분계수는 존재하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is differentiable at x=0x=0 if the following limit: lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)−0x=lim⁡x→0f(x)x\lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-0}{x}=\lim_{x\to 0} \frac{f(x)}{x} exists (note that we used the fact that f(0)=0f(0)=0 as per the definition of the first branch which includes the point x=0x=0). We start by computing the left limit. For this computation, recall that if x<0x<0 then x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2}=|x|=-x. lim⁡x→0−f(x)x=lim⁡x→0−x2+x4x=lim⁡x→0−x21+x2x=lim⁡x→0−x1+x2x=−1\lim_{x\to 0^-}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\to 0^-}\frac{\sqrt{x^2+x^4}}{x}=\lim_{x\to 0^-} \frac{\sqrt{x^2}\sqrt{1+x^2}}{x}=\lim_{x \rightarrow 0}\frac{-x\sqrt{1+x^2}}{x}=-1 Now, from the right: lim⁡x→0+xcos⁡xx=lim⁡x→0+cos⁡x=1.\lim_{x\to 0^+}\frac{x\cos x}{x}=\lim_{x\to 0^+}\cos x = 1. Since the limit from the left does not equal the limit from the right, the derivative does not exist at x=0x=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 10번
# 도함수의 뜻증명·논술도전자동 분류
613.CLP-1 · 2.2절 · 20번우리말 번역

다음 함수의 x=0x=0 에서의 미분계수가 존재하는지 판단하세요.

f(x)={xcos⁡x(x≤0 일 때)1+x−1(x>0 일 때)\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} x \cos x & \text{(}x\le 0\text{ 일 때)}\\ \sqrt{1+x}-1 & \text{(}x> 0\text{ 일 때)}\end{cases} \end{aligned}

답은 미분계수의 정의를 이용하여 정당화하세요.

영어 원문 보기

Determine whether the derivative of the following function exists at x=0x=0

f(x)={xcos⁡x if x≤01+x−1 if x>0\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} x \cos x & \text{ if } x\le 0\\ \sqrt{1+x}-1 & \text{ if } x> 0 \end{cases} \end{aligned}

You must justify your answer using the definition of a derivative.

정답·풀이 보기

다음 극한이 lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)−0x=lim⁡x→0f(x)x\lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-0}{x}=\lim_{x\to 0} \frac{f(x)}{x} 존재하면 이 함수는 x=0x=0 에서 미분가능하다 (x=0x=0 을 포함하는 첫 번째 식의 정의에 따라 f(0)=0f(0)=0 임을 이용했다).

먼저 좌극한을 계산한다.

lim⁡x→0−f(x)x=lim⁡x→0−xcos⁡xx=lim⁡x→0−cos⁡x=1.\begin{aligned} \lim_{x\to 0^-}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\to 0^-} \frac{x\cos x}{x} =\lim_{x\to 0^-} \cos x = 1. \end{aligned}

이제 우극한을 계산한다.

lim⁡x→0+1+x−1x=lim⁡x→0+1+x−1x⋅1+x+11+x+1=lim⁡x→0+1+x−1x(1+x+1)=lim⁡x→0+11+x+1=12\begin{aligned} \lim_{x\to 0^+}\frac{\sqrt{1+x}-1}{x} &= \lim_{x\to 0^+}\frac{\sqrt{1+x}-1}{x} \cdot \frac{\sqrt{1+x}+1}{\sqrt{1+x}+1} \\ &= \lim_{x\to 0^+} \frac{1+x-1}{x(\sqrt{1+x}+1)} = \lim_{x\to 0^+} \frac{1}{\sqrt{1+x}+1} = \frac{1}{2} \end{aligned}

좌극한과 우극한이 같지 않으므로 x=0x=0 에서의 미분계수는 존재하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is differentiable at x=0x=0 if the following limit: lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)−0x=lim⁡x→0f(x)x\lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-0}{x}=\lim_{x\to 0} \frac{f(x)}{x} exists (note that we used the fact that f(0)=0f(0)=0 as per the definition of the first branch which includes the point x=0x=0).

We start by computing the left limit.

lim⁡x→0−f(x)x=lim⁡x→0−xcos⁡xx=lim⁡x→0−cos⁡x=1.\begin{aligned} \lim_{x\to 0^-}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\to 0^-} \frac{x\cos x}{x} =\lim_{x\to 0^-} \cos x = 1. \end{aligned}

Now, from the right:

lim⁡x→0+1+x−1x=lim⁡x→0+1+x−1x⋅1+x+11+x+1=lim⁡x→0+1+x−1x(1+x+1)=lim⁡x→0+11+x+1=12\begin{aligned} \lim_{x\to 0^+}\frac{\sqrt{1+x}-1}{x} &= \lim_{x\to 0^+}\frac{\sqrt{1+x}-1}{x} \cdot \frac{\sqrt{1+x}+1}{\sqrt{1+x}+1} \\ &= \lim_{x\to 0^+} \frac{1+x-1}{x(\sqrt{1+x}+1)} = \lim_{x\to 0^+} \frac{1}{\sqrt{1+x}+1} = \frac{1}{2} \end{aligned}

Since the limit from the left does not equal the limit from the right, the derivative does not exist at x=0x=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 21번
# 도함수의 뜻증명·논술도전자동 분류
614.CLP-1 · 2.2절 · 21번우리말 번역

다음 함수의 x=0x=0 에서의 미분계수가 존재하는지 판단하세요.

f(x)={x3−7x2(x≤0 일 때)x3cos⁡(1x)(x>0 일 때)\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} x^3-7x^2 & \text{(}x\le 0\text{ 일 때)}\\ x^3 \cos\left(\frac{1}{x}\right) & \text{(}x> 0\text{ 일 때)}\end{cases} \end{aligned}

답은 미분계수의 정의를 이용하여 정당화해야 합니다.

영어 원문 보기

Determine whether the derivative of the following function exists at x=0x=0

f(x)={x3−7x2 if x≤0x3cos⁡(1x) if x>0\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} x^3-7x^2 & \text{ if } x\le 0\\ x^3 \cos\left(\frac{1}{x}\right) & \text{ if } x> 0 \end{cases} \end{aligned}

You must justify your answer using the definition of a derivative.

정답·풀이 보기

다음 극한

lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)−0x=lim⁡x→0f(x)x\begin{aligned} \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-0}{x}=\lim_{x\to 0} \frac{f(x)}{x} \end{aligned}

이 존재하면 함수는 x=0x=0 에서 미분가능하다(x=0x=0 을 포함하는 첫 번째 식의 정의에 따라 f(0)=0f(0)=0 임을 이용했음에 주의한다). 좌극한과 우극한을 계산하면

lim⁡x→0−f(x)x=lim⁡x→0−x3−7x2x=lim⁡x→0−x2−7x=0\begin{aligned} \lim_{x\to 0^-}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\to 0^-}\frac{x^3-7x^2}{x}=\lim_{x\to 0^-} x^2-7x=0 \end{aligned}

이고

lim⁡x→0+x3cos⁡(1x)x=lim⁡x→0+x2⋅cos⁡(1x).\begin{aligned} \lim_{x\to 0^+}\frac{x^3\cos\left(\frac{1}{x}\right)}{x}=\lim_{x\to 0^+}x^2\cdot \cos\left(\frac{1}{x}\right). \end{aligned}

이 마지막 극한은 조임 정리에 의해 00 이다. 왜냐하면

−1≤cos⁡(1x)≤1\begin{aligned} -1\le \cos\left(\frac{1}{x}\right)\le 1 \end{aligned}

이므로

−x2≤x2⋅cos⁡(1x)≤x2,\begin{aligned} -x^2\le x^2\cdot \cos\left(\frac{1}{x}\right)\le x^2, \end{aligned}

이고, 이 부등식에서 x2≥0x^2\ge 0 임을 이용했기 때문이다. 마지막으로 lim⁡x→0+−x2=lim⁡x→0+x2=0\lim_{x\to 0^+}-x^2=\lim_{x\to 0^+}x^2=0 이므로, 조임 정리에 의해 lim⁡x→0+x2cos⁡(1x)=0\lim_{x\to 0^+}x^2\cos\left(\frac{1}{x}\right) =0 도 성립한다.

좌극한과 우극한이 같으므로(둘 다 00 이다) f(x)f(x) 는 x=0x=0 에서 미분가능하다고 결론짓는다(그리고 x=0x=0 에서의 미분계수는 실제로 00 이다).

원본 교재 풀이(영어)

The function is differentiable at x=0x=0 if the following limit:

lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)−0x=lim⁡x→0f(x)x\begin{aligned} \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)-0}{x}=\lim_{x\to 0} \frac{f(x)}{x} \end{aligned}

exists (note that we used the fact that f(0)=0f(0)=0 as per the definition of the first branch which includes the point x=0x=0). We compute left and right limits; so

lim⁡x→0−f(x)x=lim⁡x→0−x3−7x2x=lim⁡x→0−x2−7x=0\begin{aligned} \lim_{x\to 0^-}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\to 0^-}\frac{x^3-7x^2}{x}=\lim_{x\to 0^-} x^2-7x=0 \end{aligned}

and

lim⁡x→0+x3cos⁡(1x)x=lim⁡x→0+x2⋅cos⁡(1x).\begin{aligned} \lim_{x\to 0^+}\frac{x^3\cos\left(\frac{1}{x}\right)}{x}=\lim_{x\to 0^+}x^2\cdot \cos\left(\frac{1}{x}\right). \end{aligned}

This last limit equals 00 by the Squeeze Theorem since

−1≤cos⁡(1x)≤1\begin{aligned} -1\le \cos\left(\frac{1}{x}\right)\le 1 \end{aligned}

and so,

−x2≤x2⋅cos⁡(1x)≤x2,\begin{aligned} -x^2\le x^2\cdot \cos\left(\frac{1}{x}\right)\le x^2, \end{aligned}

where in these inequalities we used the fact that x2≥0x^2\ge 0. Finally, since lim⁡x→0+−x2=lim⁡x→0+x2=0\lim_{x\to 0^+}-x^2=\lim_{x\to 0^+}x^2=0, the Squeeze Theorem yields that also lim⁡x→0+x2cos⁡(1x)=0\lim_{x\to 0^+}x^2\cos\left(\frac{1}{x}\right) =0, as claimed.

Since the left and right limits match (they're both equal to 00), we conclude that indeed f(x)f(x) is differentiable at x=0x=0 (and its derivative at x=0x=0 is actually equal to 00).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 2번
# 도함수의 뜻증명·논술도전자동 분류
615.CLP-1 · 2.2절 · 22번우리말 번역

다음 함수의 x=1x=1 에서의 미분계수가 존재하는지 판단하세요.

f(x)={4x2−8x+4(x≤1 일 때)(x−1)2sin⁡(1x−1)(x>1 일 때)\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} 4x^2-8x+4 & \text{(}x\le 1\text{ 일 때)}\\ (x-1)^2\sin\left(\dfrac{1}{x-1}\right) & \text{(}x> 1\text{ 일 때)}\end{cases} \end{aligned}

미분계수의 정의를 이용하여 답을 정당화해야 합니다.

영어 원문 보기

Determine whether the derivative of the following function exists at x=1x=1

f(x)={4x2−8x+4 if x≤1(x−1)2sin⁡(1x−1) if x>1\begin{aligned} f(x) &=\begin{cases} 4x^2-8x+4 & \text{ if } x\le 1\\ (x-1)^2\sin\left(\dfrac{1}{x-1}\right) & \text{ if } x> 1 \end{cases} \end{aligned}

You must justify your answer using the definition of a derivative.

정답·풀이 보기

다음 극한이 lim⁡x→1f(x)−f(1)x−1=lim⁡x→1f(x)−0x−1=lim⁡x→1f(x)x−1\lim_{x\to 1}\frac{f(x)-f(1)}{x-1} = \lim_{x\to 1}\frac{f(x)-0}{x-1}=\lim_{x\to 1} \frac{f(x)}{x-1} 존재하면 함수는 x=1x=1 에서 미분가능하다(점 x=0x=0 을 포함하는 첫 번째 식의 정의에 따라 f(1)=0f(1)=0 임을 이용했음에 유의한다). 좌극한과 우극한을 각각 계산하면 lim⁡x→1−f(x)x−1=lim⁡x→1−4x2−8x+4x−1=lim⁡x→1−4(x−1)2x−1=lim⁡x→1−4(x−1)=0\lim_{x\to 1^-}\frac{f(x)}{x-1}=\lim_{x\to 1^-}\frac{4x^2-8x+4}{x-1}=\lim_{x\rightarrow 1^-}\frac{4(x-1)^2}{x-1} =\lim_{x\to 1^-} 4(x-1)=0 이고 lim⁡x→1+(x−1)2sin⁡(1x−1)x−1=lim⁡x→1+(x−1)⋅sin⁡(1x−1)\lim_{x\to 1^+}\frac{(x-1)^2\sin\left(\frac{1}{x-1}\right)}{x-1}=\lim_{x\to 1^+}(x-1)\cdot \sin\left(\frac{1}{x-1}\right) 이다. 이 마지막 극한은 조임 정리에 의해 00 이다. 왜냐하면 −1≤sin⁡(1x−1)≤1-1\le \sin\left(\frac{1}{x-1}\right)\le 1 이므로 −(x−1)≤(x−1)⋅sin⁡(1x−1)≤x−1-(x-1)\le (x-1)\cdot \sin\left(\frac{1}{x-1}\right)\le x-1 이고, 이 부등식에서 x→1+x\to 1^+ 이면 x−1x-1 이 양의 값을 가진다는 사실을 이용했기 때문이다. 마지막으로 lim⁡x→1+−x+1=lim⁡x→1+x−1=0\lim_{x\to 1^+}-x+1=\lim_{x\to 1^+}x-1=0 이므로, 조임 정리에 의해 lim⁡x→1+(x−1)sin⁡(1x−1)=0\lim_{x\to 1^+}(x-1)\sin\left(\frac{1}{x-1}\right) =0 이기도 하다.

좌극한과 우극한이 서로 같으므로(둘 다 00 이다), f(x)f(x) 는 x=1x=1 에서 미분가능하다고 결론짓는다(그리고 x=1x=1 에서의 미분계수는 실제로 00 이다).

원본 교재 풀이(영어)

The function is differentiable at x=1x=1 if the following limit: lim⁡x→1f(x)−f(1)x−1=lim⁡x→1f(x)−0x−1=lim⁡x→1f(x)x−1\lim_{x\to 1}\frac{f(x)-f(1)}{x-1} = \lim_{x\to 1}\frac{f(x)-0}{x-1}=\lim_{x\to 1} \frac{f(x)}{x-1} exists (note that we used the fact that f(1)=0f(1)=0 as per the definition of the first branch which includes the point x=0x=0). We compute left and right limits; so lim⁡x→1−f(x)x−1=lim⁡x→1−4x2−8x+4x−1=lim⁡x→1−4(x−1)2x−1=lim⁡x→1−4(x−1)=0\lim_{x\to 1^-}\frac{f(x)}{x-1}=\lim_{x\to 1^-}\frac{4x^2-8x+4}{x-1}=\lim_{x\rightarrow 1^-}\frac{4(x-1)^2}{x-1} =\lim_{x\to 1^-} 4(x-1)=0 and lim⁡x→1+(x−1)2sin⁡(1x−1)x−1=lim⁡x→1+(x−1)⋅sin⁡(1x−1).\lim_{x\to 1^+}\frac{(x-1)^2\sin\left(\frac{1}{x-1}\right)}{x-1}=\lim_{x\to 1^+}(x-1)\cdot \sin\left(\frac{1}{x-1}\right). This last limit equals 00 by the Squeeze Theorem since −1≤sin⁡(1x−1)≤1-1\le \sin\left(\frac{1}{x-1}\right)\le 1 and so, −(x−1)≤(x−1)⋅sin⁡(1x−1)≤x−1,-(x-1)\le (x-1)\cdot \sin\left(\frac{1}{x-1}\right)\le x-1, where in these inequalities we used the fact that x→1+x\to 1^+ yields positive values for x−1x-1. Finally, since lim⁡x→1+−x+1=lim⁡x→1+x−1=0\lim_{x\to 1^+}-x+1=\lim_{x\to 1^+}x-1=0, the Squeeze Theorem yields that also lim⁡x→1+(x−1)sin⁡(1x−1)=0\lim_{x\to 1^+}(x-1)\sin\left(\frac{1}{x-1}\right) =0, as claimed.

Since the left and right limits match (they're both equal to 00), we conclude that indeed f(x)f(x) is differentiable at x=1x=1 (and its derivative at x=1x=1 is actually equal to 00).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 23번
# 도함수의 뜻증명·논술도전자동 분류
616.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.

그림

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.

figure

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
617.CLP-1 · 2.2절 · 26번우리말 번역

점 (1,−3)(1,-3) 을 지나고 곡선 y=x2y = x^2 에 접하는 서로 다른 직선이 두 개 있습니다. 이 두 직선의 방정식을 구하세요.

참고: 점 (1,−3)(1,-3) 은 곡선 y=x2y=x^2 위에 있지 않습니다.

영어 원문 보기

There are two distinct straight lines that pass through the point (1,−3)(1,-3) and are tangent to the curve y=x2y = x^2. Find equations for these two lines.

Remark: the point (1,−3)(1,-3) does not lie on the curve y=x2y=x^2.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

y′=2xy'=2x 임을 안다. 따라서 곡선 y=x2y=x^2 위의 점 (α,α2)(\alpha,\alpha^2) 을 택하면, 그 점에서 곡선의 접선의 기울기는 2α2\alpha 이다. 즉, 접선의 방정식은

(y−α2)=2α(x−α)간단히 하면, y=(2α)x−α2따라서 (1,−3) 이 접선 위에 있으면−3=(2α)(1)−α2  ⟺  0=α2−2α−3  ⟺  0=(α−3)(α+1)  ⟺  α=3,또는α=−1.따라서 접선 y=(2α)x−α2 은y=6x−9와y=−2x−1.\begin{aligned} (y-\alpha^2)&=2\alpha(x-\alpha)\\ \text{간단히 하면, } \qquad y&=(2\alpha)x-\alpha^2 \\ \text{따라서 $(1,-3)$ 이 접선 위에 있으면} \\ -3&=(2\alpha)(1)-\alpha^2\\ \iff\qquad 0&=\alpha^2-2\alpha-3\\ \iff\qquad 0&=(\alpha-3)(\alpha+1)\\ \iff\qquad \alpha&=3, \quad\text{또는}\qquad \alpha=-1. \\ \text{따라서 접선 $y=(2\alpha)x-\alpha^2$ 은} \\ y&=6x-9 \quad\text{와}\quad y=-2x-1. \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

We know that y′=2xy'=2x. So, if we choose a point (α,α2)(\alpha,\alpha^2) on the curve y=x2y=x^2, then the tangent line to the curve at that point has slope 2α2\alpha. That is, the tangent line has equation

(y−α2)=2α(x−α)simplified, y=(2α)x−α2So, if (1,−3) is on the tangent line, then−3=(2α)(1)−α2  ⟺  0=α2−2α−3  ⟺  0=(α−3)(α+1)  ⟺  α=3,orα=−1.So, the tangent lines y=(2α)x−α2 arey=6x−9andy=−2x−1.\begin{aligned} (y-\alpha^2)&=2\alpha(x-\alpha)\\ \text{simplified, } \qquad y&=(2\alpha)x-\alpha^2 \\ \text{So, if $(1,-3)$ is on the tangent line, then} \\ -3&=(2\alpha)(1)-\alpha^2\\ \iff\qquad 0&=\alpha^2-2\alpha-3\\ \iff\qquad 0&=(\alpha-3)(\alpha+1)\\ \iff\qquad \alpha&=3, \quad\text{or}\qquad \alpha=-1. \\ \text{So, the tangent lines $y=(2\alpha)x-\alpha^2$ are} \\ y&=6x-9 \quad\text{and}\quad y=-2x-1. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 17번
# 도함수의 뜻계산도전자동 분류
618.CLP-1 · 2.3절 · 2번우리말 번역

p(t)p(t) 가 위젯 tt 개를 판매하여 얻는 이익을 나타내는 함수라고 하자. p′(t)p'(t) 의 실제적인 의미는 무엇인지 설명하세요.

영어 원문 보기

Suppose p(t)p(t) is a function that gives the profit generated by selling tt widgets. What is the practical interpretation of p′(t)p'(t)?

정답·풀이 보기

p′(t)=lim⁡h→0p(t+h)−p(t)h≈p(t+1)−p(t)1=p(t+1)−p(t)p'(t) = \displaystyle\lim_{h \rightarrow 0}\frac{p(t+h)-p(t)}{h} \approx \frac{p(t+1)-p(t)}{1} = p(t+1)-p(t) 이므로, (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} 번째 위젯을 판매함으로써 생기는 이익의 차이이다. 따라서 p′(t)p'(t) 는 (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} 번째 위젯에서 얻는 이익이다. 즉, p′(t)p'(t) 는 tt 개의 위젯이 판매되고 있을 때 위젯 한 개를 추가로 판매할 때마다 늘어나는 이익이다. 이를 tt 개의 위젯이 판매되고 있을 때의 위젯당 한계이익이라고 한다.

원본 교재 풀이(영어)

p′(t)=lim⁡h→0p(t+h)−p(t)h≈p(t+1)−p(t)1=p(t+1)−p(t)p'(t) = \displaystyle\lim_{h \rightarrow 0}\frac{p(t+h)-p(t)}{h} \approx \frac{p(t+1)-p(t)}{1} = p(t+1)-p(t), or the difference in profit caused by the sale of the (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} widget. So, p′(t)p'(t) is the profit from the (t+1)st(t+1)^{\mathrm{st}} widget. That is, p′(t)p'(t) is the profit per additional widget sold, when tt widgets are being sold. This is called the marginal profit per widget, when tt widgets are being sold.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 2.1절 · 3번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
619.CLP-1 · 2.3절 · 3번우리말 번역

T(d)T(d) 는 수면 아래 dd 미터의 특정 위치에서 물의 온도를 나타낸다. T′(d)T'(d) 의 물리적 의미는 무엇인지 설명하세요. T′(d)T'(d) 의 크기는 dd 가 0 에 가까울 때와 dd 가 매우 클 때 중 어느 쪽에서 더 클 것으로 예상하는지 설명하세요.

영어 원문 보기

T(d)T(d) gives the temperature of water at a particular location dd metres below the surface. What is the physical interpretation of T′(d)T'(d)? Would you expect the magnitude of T′(d)T'(d) to be larger when dd is near 0, or when dd is very large?

정답·풀이 보기

깊이가 단위 길이만큼 변할 때 온도가 얼마나 빠르게 변하는지를 나타내며, 단위는 도/미터이다. 보통의 물에서는 수면(d=0d=0) 근처의 온도는 햇빛에 따라 꽤 변하지만, 깊은 곳에서는 (열원이 없는 한) 더 안정적이다. 따라서 ∣T′(d)∣|T'(d)| 는 dd 가 0 에 가까울 때 더 클 것이라고 예상하는 것이 합리적이다.

원본 교재 풀이(영어)

How quickly the temperature is changing per unit change of depth, measured in degrees per metre. In an ordinary body of water, the temperature near the surface (d=0d=0) is pretty variable, depending on the sun, but deep down it is more stable (unless there are heat sources). So, one might reasonably expect that ∣T′(d)∣|T'(d)| is larger when dd is near 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 2번
# 평균변화율과 미분계수활용보통자동 분류
620.CLP-1 · 2.3절 · 4번우리말 번역

C(w)C(w) 는 특정 요리 ww 그램에 들어 있는 열량(칼로리)을 나타낸다. C′(w)C'(w) 는 무엇을 나타내나요?

영어 원문 보기

C(w)C(w) gives the calories in ww grams of a particular dish. What does C′(w)C'(w) describe?

정답·풀이 보기

C′(w)=lim⁡h→0C(w+h)−C(w)h≈C(w+1)−C(w)1=C(w+1)−C(w)C'(w)=\displaystyle\lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{C(w+h)-C(w)}{h} \approx \dfrac{C(w+1)-C(w)}{1}=C(w+1)-C(w) 이고, 이는 C(w+1)C(w+1) 그램에 들어 있는 열량에서 C(w)C(w) 그램에 들어 있는 열량을 뺀 값이다. 이것은 ww 그램일 때, 1그램이 추가될 때마다 늘어나는 열량이다.

원본 교재 풀이(영어)

C′(w)=lim⁡h→0C(w+h)−C(w)h≈C(w+1)−C(w)1=C(w+1)−C(w)C'(w)=\displaystyle\lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{C(w+h)-C(w)}{h} \approx \dfrac{C(w+1)-C(w)}{1}=C(w+1)-C(w), which is the number of calories in C(w+1)C(w+1) grams minus the number of calories in C(w)C(w) grams. This is the number of calories per additional gram, when there are ww grams.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.3절 · 7번
# 평균변화율과 미분계수계산보통자동 분류