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

736문제 · 35 / 37쪽

681.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.

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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
682.CLP-1 · 3.1절 · 17번우리말 번역

어떤 물체가 매초 속도가 두 배가 되도록 움직인다고 하자. 이 물체의 가속도를 나타내는 식을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose an object is moving so that its velocity doubles every second. Give an expression for the acceleration of the object.

정답·풀이 보기

v(t)v(t) 를 물체의 속도라 하자. 주어진 정보로부터 다음을 얻는다.

  • v(0)v(0) 은 어떤 값이며, 이를 v0v_0 이라 한다,
  • v(1)=2v0v(1)=2v_0 (첫 번째 1초 동안 속력이 두 배가 되었으므로),
  • v(2)=2(2)v0v(2)=2(2)v_0 (두 번째 1초 동안 속력이 두 배가 되었으므로),
  • v(3)=2(2)(2)v0v(3)=2(2)(2)v_0, 이와 같은 식으로 계속된다. 따라서 일반적인 tt 에 대해 다음이 성립한다. v(t)=2tv(0)v(t)=2^tv(0) 가속도를 구하기 위해 간단히 미분하면 된다. ddx{2x}=2xlog⁡2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2^x\}=2^x\log 2 임을 기억하자. 여기서 log⁡\log 는 밑이 ee 인 로그를 뜻한다. a(t)=2tv0log⁡2a(t)=2^tv_0\log 2 참고: a(t)=v(t)log⁡2a(t)=v(t)\log 2 로 쓸 수도 있다. 가속도 역시 매초 두 배가 된다.
원본 교재 풀이(영어)

Let v(t)v(t) be the velocity of the object. From the given information:

  • v(0)v(0) is some value, call it v0v_0,
  • v(1)=2v0v(1)=2v_0 (since the speed doubled in the first second),
  • v(2)=2(2)v0v(2)=2(2)v_0 (since the speed doubled in the second second),
  • v(3)=2(2)(2)v0v(3)=2(2)(2)v_0, and so on. So, for general tt: v(t)=2tv(0)v(t)=2^tv(0) To find its acceleration, we simply differentiate. Recall ddx{2x}=2xlog⁡2\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2^x\}=2^x\log 2, where log⁡\log denotes logarithm base ee. a(t)=2tv0log⁡2a(t)=2^tv_0\log 2 Remark: we can also write a(t)=v(t)log⁡2a(t)=v(t)\log 2. The acceleration doubles every second as well.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.1절 · 16번
# 속도와 가속도활용도전자동 분류
683.CLP-1 · 3.5절 · 1번우리말 번역

아래 그래프에 나타난 f(x)f(x) 의 임계점과 특이점을 모두 찾으세요.

이 중 극값에 해당하는 것은 어느 것인가요?

그림

영어 원문 보기

Identify every critical point and every singular point of f(x)f(x) shown on the graph below.

Which correspond to local extrema?

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정답·풀이 보기

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x=0x=0 일 때 곡선 y=f(x)y=f(x) 의 접선이 수평인 것으로 보이므로 x=0x=0 은 임계점이다. 그러나 이 점은 극값이 아니다. 00 근처의 모든 xx 에 대해 f(0)≥f(x)f(0) \geq f(x) 인 것도 아니고, 00 근처의 모든 xx 에 대해 f(0)≤f(x)f(0) \leq f(x) 인 것도 아니기 때문이다.

xx축의 오른쪽에는 f(x)f(x) 의 도함수가 존재하지 않는 뾰족한 점이 있다. 이 뾰족한 점에 해당하는 xx 값(이를 aa 라 하자)은 특이점이며, f(x)f(x) 는 x=ax=a 에서 극댓값을 가진다.

원본 교재 풀이(영어)

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When x=0x=0, the curve y=f(x)y=f(x) appears to have a flat tangent line, so the x=0x=0 is a critical point. However, it is not a local extremum: it is not true that f(0)≥f(x)f(0) \geq f(x) for all xx near 0, and it is not true that f(0)≤f(x)f(0) \leq f(x) for all xx near 0.

To the right of the xx-axis, there is a spike where the derivative of f(x)f(x) does not exist. The xx-value corresponding to this spike (call it aa) is a singular point, and f(x)f(x) has a local maximum at x=ax=a.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.3절 · 38번
# 극대와 극소그래프·표 해석기본자동 분류
684.CLP-1 · 3.5절 · 2번우리말 번역

아래 그래프에 나타난 f(x)f(x) 의 임계점과 특이점을 모두 찾으세요. 이 중 극값에 해당하는 것은 어느 것인가요? 나타난 구간에서 최댓값·최솟값에 해당하는 것은 어느 것인가요?

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영어 원문 보기

Identify every critical point and every singular point of f(x)f(x) on the graph below. Which correspond to local extrema? Which correspond to global extrema over the interval shown?

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정답·풀이 보기

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파란 점에 해당하는 xx 좌표(이를 aa 라 하자)는 x=ax=a 에서 f(x)f(x) 의 접선이 수평이므로 임계점이다. 그 근처에 더 낮은 점이 없고, 실제로 나타난 구간 전체에서도 더 낮은 점이 없으므로 f(x)f(x) 는 x=ax=a 에서 극솟값과 최솟값을 모두 가진다.

함수가 어떤 점에서 연속이 아니면 그 점에서 미분가능하지 않다. 따라서 불연속인 곳에 해당하는 xx 좌표(이를 bb 라 하자)는 특이점이다. bb 의 바로 오른쪽에서는 f(x)f(x) 의 값이 더 낮고 bb 의 바로 왼쪽에서는 더 높으므로, f(x)f(x) 는 x=bx=b 에서 극값도 (최댓값이나 최솟값도) 가지지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

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The xx-coordinate corresponding to the blue dot (let's call it aa) is a critical point, because the tangent line to f(x)f(x) at x=ax=a is horizontal. There is no lower point nearby, and actually no lower point on the whole interval shown, so f(x)f(x) has both a local minimum and a global minimum at x=ax=a.

If a function is not continuous at a point, then it is not differentiable at that point. So, the xx-coordinate corresponding to the discontinuity (let's call it bb) is a singular point. Values of f(x)f(x) immediately to the right of bb are lower, and values immediately to the left of bb are higher, so f(x)f(x) has no local (or global) extremum at x=bx=b.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.3절 · 10번
# 극대와 극소그래프·표 해석기본자동 분류
685.CLP-1 · 3.5절 · 3번우리말 번역

f(2)f(2) 가 극댓값이지만 최댓값은 아닌 그래프 y=f(x)y=f(x) 를 그리세요.

영어 원문 보기

Draw a graph y=f(x)y=f(x) where f(2)f(2) is a local maximum, but it is not a global maximum.

정답·풀이 보기

가능한 답 중 하나가 아래에 나와 있다.

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아래에 나타낸 빨간 구간의 모든 xx 에 대해 f(2)≥f(x)f(2) \geq f(x) 이므로 f(2)f(2) 는 극댓값이다. 그러나 파란 점은 어떤 xx 에 대해 f(x)>f(2)f(x)>f(2) 임을 보여 주므로 f(2)f(2) 는 최댓값이 아니다.

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원본 교재 풀이(영어)

One possible answer is shown below.

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For every xx in the red interval shown below, f(2)≥f(x)f(2) \geq f(x), so f(2)f(2) is a local maximum. However, the point marked with a blue dot shows that f(x)>f(2)f(x)>f(2) for some xx, so f(2)f(2) is not a global maximum.

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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.3절 · 16번
# 극대와 극소그래프·표 해석기본자동 분류
686.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
687.CLP-1 · 3.5절 · 1번우리말 번역

다음을 만족하는 함수 f(x)f(x) 의 그래프를 그리세요.

  • f(x)f(x) 는 모든 실수에서 정의된다.
  • f(x)f(x) 는 최댓값을 갖지만 최솟값은 갖지 않는다.
영어 원문 보기

Sketch a function f(x)f(x) such that:

  • f(x)f(x) is defined over all real numbers
  • f(x)f(x) has a global max but no global min.
정답·풀이 보기

아래에 두 가지 예가 있지만, 가능한 예는 많다.

그림

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f(x)=−x2f(x)=-x^2 또는 f(x)=−∣x∣f(x)=-\sqrt{|x|} 이면 f(x)f(x) 는 x=0x=0 에서 최댓값을 갖는다. xx 가 0에서 멀어질수록 f(x)f(x) 는 음의 방향으로 점점 더 커지므로 f(x)f(x) 는 최솟값을 갖지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

Two examples are given below, but many are possible.

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If f(x)=−x2f(x)=-x^2 or f(x)=−∣x∣f(x)=-\sqrt{|x|}, then f(x)f(x) has a global maximum at x=0x=0. Since f(x)f(x) keeps getting more and more strongly negative as xx gets farther and farther from 0, f(x)f(x) has no global minimum.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.3절 · 32번
# 최댓값·최솟값과 최적화그래프·표 해석기본자동 분류
688.CLP-1 · 3.5절 · 2번우리말 번역

다음을 만족하는 함수 f(x)f(x) 의 그래프를 그리세요.

  • f(x)f(x) 는 모든 실수에서 정의된다
  • f(x)f(x) 는 항상 양수이다
  • f(x)f(x) 는 최댓값도 최솟값도 갖지 않는다.
영어 원문 보기

Sketch a function f(x)f(x) such that:

  • f(x)f(x) is defined over all real numbers
  • f(x)f(x) is always positive
  • f(x)f(x) has no global max and no global min.
정답·풀이 보기

아래에 두 가지 예가 있지만, 가능한 예는 많다.

그림

f(x)=exf(x)=e^x 이면 모든 xx 에 대해 f(x)>0f(x) > 0 이다. xx 축을 따라 왼쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 는 점점 작아져 0 에 가까워지지만 0 에 이르지는 않는다. 왼쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 가 점점 작아지므로 최솟값은 없다. 마찬가지로 오른쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 는 점점 커지므로 최댓값도 없다.

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f(x)=arctan⁡(x)+2f(x)=\arctan(x)+2 이면 모든 xx 에 대해 f(x)>(−π2)+2>0f(x) >\left(-\frac{\pi}{2}\right)+2>0 이다.

xx 축을 따라 왼쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 는 점점 작아져 (−π2+2)\left(-\frac{\pi}{2}+2\right) 에 가까워지지만 그 값에 이르지는 않는다. 왼쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 가 점점 작아지므로 최솟값은 없다.

마찬가지로 xx 축을 따라 오른쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 는 점점 커져 (π2+2)\left(\frac{\pi}{2}+2\right) 에 가까워지지만 그 값에 이르지는 않는다. 오른쪽으로 갈수록 f(x)f(x) 가 점점 커지므로 최댓값은 없다.

원본 교재 풀이(영어)

Two examples are given below, but many are possible.

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If f(x)=exf(x)=e^x, then f(x)>0f(x) > 0 for all xx. As we move left along the xx-axis, f(x)f(x) gets smaller and smaller, approaching 0 but never reaching it. Since f(x)f(x) gets smaller and smaller as we move left, there is no global minimum. Likewise, f(x)f(x) increases more and more as we move right, so there is no maximum.

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If f(x)=arctan⁡(x)+2f(x)=\arctan(x)+2, then f(x)>(−π2)+2>0f(x) >\left(-\frac{\pi}{2}\right)+2>0 for all xx.

As we move left along the xx-axis, f(x)f(x) gets smaller and smaller, approaching (−π2+2)\left(-\frac{\pi}{2}+2\right) but never reaching it. Since f(x)f(x) gets smaller and smaller as we move left, there is no global minimum.

Likewise, as we move right along the xx-axis, f(x)f(x) gets bigger and bigger, approaching (π2+2)\left(\frac{\pi}{2}+2\right) but never reaching it. Since f(x)f(x) gets bigger and bigger as we move right, there is no global maximum.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.5절 · 3번
# 최댓값·최솟값과 최적화그래프·표 해석기본자동 분류
689.CLP-1 · 3.5절 · 3번우리말 번역

다음을 만족하는 함수 f(x)f(x) 의 그래프를 그리세요.

  • f(x)f(x) 는 모든 실수에서 정의된다
  • f(x)f(x) 는 x=5x=5 에서 최솟값을 갖는다
  • f(x)f(x) 는 x=−5x=-5 에서도 최솟값을 갖는다.
영어 원문 보기

Sketch a function f(x)f(x) such that:

  • f(x)f(x) is defined over all real numbers
  • f(x)f(x) has a global minimum at x=5x=5
  • f(x)f(x) has a global minimum at x=−5x=-5, too.
정답·풀이 보기

f(5)f(5) 가 최솟값이므로 모든 xx 에 대해 f(5)≤f(x)f(5) \leq f(x) 이고, 특히 f(5)≤f(−5)f(5) \leq f(-5) 이다.

마찬가지로 모든 xx 에 대해 f(−5)≤f(x)f(-5) \leq f(x) 이므로, 특히 f(−5)≤f(5)f(-5) \leq f(5) 이다.

f(−5)≤f(5)f(-5) \leq f(5) 이고 f(5)≤f(−5)f(5) \leq f(-5) 이므로 f(−5)=f(5)f(-5)=f(5) 이어야 한다.

이러한 그래프의 하나를 그리면 아래와 같다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

Since f(5)f(5) is a global minimum, f(5)≤f(x)f(5) \leq f(x) for all xx, and so in particular f(5)≤f(−5)f(5) \leq f(-5).

Similarly, f(−5)≤f(x)f(-5) \leq f(x) for all xx, so in particular f(−5)≤f(5)f(-5) \leq f(5).

Since f(−5)≤f(5)f(-5) \leq f(5) AND f(5)≤f(−5)f(5) \leq f(-5), it must be true that f(−5)=f(5)f(-5)=f(5).

A sketch of one such graph is below.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.5절 · 1번
# 최댓값·최솟값과 최적화그래프·표 해석기본자동 분류
690.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
691.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
692.CLP-1 · 3.5절 · 15번우리말 번역

철사 한 개를 두 조각으로 잘라, 한 조각은 구부려 원을 만들고 다른 조각은 구부려 정사각형을 만듭니다. 두 곡선으로 둘러싸인 넓이가 최대가 되려면 철사를 어떻게 잘라야 하는지 구하세요. 두 곡선으로 둘러싸인 넓이가 최소가 되려면 철사를 어떻게 잘라야 하는지 구하세요. 답이 옳은 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

A length of wire is cut into two pieces, one of which is bent to form a circle, the other to form a square. How should the wire be cut if the area enclosed by the two curves is maximized? How should the wire be cut if the area enclosed by the two curves is minimized? Justify your answers.

정답·풀이 보기

철사의 길이를 LL 단위라 하고, 한쪽 끝에서 ℓ\ell 단위만큼 떨어진 곳을 자른다고 하자. 길이가 ℓ\ell 인 조각으로 정사각형을 만들고, 나머지 길이가 L−ℓL-\ell 인 조각으로 원을 만든다.

정사각형의 둘레가 ℓ\ell 이므로 한 변의 길이는 ℓ/4\ell/4 이고 넓이는 (ℓ4)2\left(\dfrac{\ell}{4}\right)^2 이다. 원의 둘레가 L−ℓL-\ell 이므로 반지름은 L−ℓ2π\dfrac{L-\ell}{2\pi} 이고 넓이는 π(L−ℓ2π)2=(L−ℓ)24π\pi\left(\dfrac{L-\ell}{2\pi}\right)^2=\dfrac{(L-\ell)^2}{4\pi} 이다.

정사각형을 길이 ℓ\ell 인 조각으로 만들 때 두 도형으로 둘러싸인 넓이는

A(ℓ)=ℓ216+(L−ℓ)24π조건 0≤ℓ≤L 에서 이 함수의 전체 최댓값과 최솟값을 구해야 하므로 도함수를 구한다:A′(ℓ)=ℓ8−L−ℓ2π=π+48πℓ−L2π이제 임계점을 구한다.A′(ℓ)=0π+48πℓ=L2πℓ=4Lπ+4\begin{aligned} A(\ell)&=\dfrac{\ell^2}{16}+\dfrac{(L-\ell)^2}{4\pi} \\ \text{조건 $0 \leq \ell \leq L$ 에서 이 함수의 전체 최댓값과 최솟값을 구해야 하므로 도함수를 구한다:} \\ A'(\ell)&=\dfrac{\ell}{8} -\dfrac{L-\ell}{2\pi} =\dfrac{\pi+4}{8\pi}\ell-\dfrac{L}{2\pi} \\ \text{이제 임계점을 구한다.} \\ A'(\ell)&=0\\ \frac{\pi+4}{8\pi}\ell&=\frac{L}{2\pi}\\ \ell&=\frac{4L}{\pi+4} \end{aligned}

ℓ0L...4Lπ+4종류끝점끝점임계점A(ℓ)...L24πL216A(4Lπ+4)\begin{array}{|c||c|c|c|}\hline \ell & 0 & L & \dfrac{.^.}{.}\frac{4L}{\pi+4} \\ \hline \text{종류} & \text{끝점} & \text{끝점} & \text{임계점} \\ \hline A(\ell) & \dfrac{.^.}{.}\frac{L^2}{4\pi} & \frac{L^2}{16}_{} & A\left(\frac{4L}{\pi+4}\right) \\ \hline \end{array}

A(4Lπ+4)A\left(\frac{4L}{\pi+4}\right) 의 값을 계산하는 것은 번거로워 보이고 문제에서 요구하지도 않는다. 그러나 이것이 전체 최댓값인지 최솟값인지는 따져 보아야 한다.

ℓ<4Lπ+4\ell<\frac{4L}{\pi+4} 일 때 A′(ℓ)<0A'(\ell)<0 이고, ℓ>4Lπ+4\ell>\frac{4L}{\pi+4} 일 때 A′(ℓ)>0A'(\ell)>0 이다. 따라서 A(ℓ)A(\ell) 은 ℓ=4Lπ+4\ell=\frac{4L}{\pi+4} 까지 감소하다가 그 뒤로 증가한다. 즉 임계점 ℓ=4Lπ+4\ell=\frac{4L}{\pi+4} 에서 극솟값을 갖는다.

그러므로 최솟값은 유일한 임계점인 ℓ=(44+π)L\ell=\left(\dfrac{4}{4+\pi}\right)L 에서 생긴다. 이는 ℓL=44+π\dfrac{\ell}{L}=\dfrac{4}{4+\pi} 에 해당한다. 즉 정사각형을 만드는 철사 조각의 비율은 44+π\dfrac{4}{4+\pi} 이다.

최댓값은 ℓ=0\ell=0 또는 ℓ=L\ell=L 에서 생겨야 한다. A(0)=L24π>A(L)=L216A(0)=\dfrac{L^2}{4\pi} > A(L)=\dfrac{L^2}{16} 이므로 최댓값은 ℓ=0\ell=0 에서 생긴다(즉, 정사각형을 만들지 않는다).

원본 교재 풀이(영어)

Call the length of the wire LL units and suppose that it is cut ℓ\ell units from one end. Make the square from the piece of length ℓ\ell, and make the circle from the remaining piece of length L−ℓL-\ell.

The square has perimeter ℓ\ell, so its side length is ℓ/4\ell/4 and its area is (ℓ4)2\left(\dfrac{\ell}{4}\right)^2. The circle has circumference L−ℓL-\ell, so its radius is L−ℓ2π\dfrac{L-\ell}{2\pi} and its area is π(L−ℓ2π)2=(L−ℓ)24π\pi\left(\dfrac{L-\ell}{2\pi}\right)^2=\dfrac{(L-\ell)^2}{4\pi}.

The area enclosed by the shapes, when the square is made from a length of size ℓ\ell, is

A(ℓ)=ℓ216+(L−ℓ)24πWe want to find the global max and min for this function, given the constraint 0≤ℓ≤L, so we find its derivative:A′(ℓ)=ℓ8−L−ℓ2π=π+48πℓ−L2πNow, we find the critical point.A′(ℓ)=0π+48πℓ=L2πℓ=4Lπ+4\begin{aligned} A(\ell)&=\dfrac{\ell^2}{16}+\dfrac{(L-\ell)^2}{4\pi} \\ \text{We want to find the global max and min for this function, given the constraint $0 \leq \ell \leq L$, so we find its derivative:} \\ A'(\ell)&=\dfrac{\ell}{8} -\dfrac{L-\ell}{2\pi} =\dfrac{\pi+4}{8\pi}\ell-\dfrac{L}{2\pi} \\ \text{Now, we find the critical point.} \\ A'(\ell)&=0\\ \frac{\pi+4}{8\pi}\ell&=\frac{L}{2\pi}\\ \ell&=\frac{4L}{\pi+4} \end{aligned}

ℓ0L...4Lπ+4typeendpointendpointcritical pointA(ℓ)...L24πL216A(4Lπ+4)\begin{array}{|c||c|c|c|}\hline \ell & 0 & L & \dfrac{.^.}{.}\frac{4L}{\pi+4} \\ \hline \text{type} & \text{endpoint} & \text{endpoint} & \text{critical point} \\ \hline A(\ell) & \dfrac{.^.}{.}\frac{L^2}{4\pi} & \frac{L^2}{16}_{} & A\left(\frac{4L}{\pi+4}\right) \\ \hline \end{array}

It seems obnoxious to evaluate A(4Lπ+4)A\left(\frac{4L}{\pi+4}\right), and the problem doesn't ask for it–but we still have to figure out whether it is a global max or min.

When ℓ<4Lπ+4\ell<\frac{4L}{\pi+4}, A′(ℓ)<0A'(\ell)<0, and when ℓ>4Lπ+4\ell>\frac{4L}{\pi+4}, A′(ℓ)>0A'(\ell)>0. So, A(ℓ)A(\ell) is decreasing until ℓ=4Lπ+4\ell=\frac{4L}{\pi+4}, then increasing. That means our critical point ℓ=4Lπ+4\ell=\frac{4L}{\pi+4} is a local minimum.

So, the minimum occurs at the only critical point, which is ℓ=(44+π)L\ell=\left(\dfrac{4}{4+\pi}\right)L. This corresponds to ℓL=44+π\dfrac{\ell}{L}=\dfrac{4}{4+\pi}: the proportion of the wire that is cut is 44+π\dfrac{4}{4+\pi}.

The maximum has to be either at ℓ=0\ell=0 or at ℓ=L\ell=L. As A(0)=L24π>A(L)=L216A(0)=\dfrac{L^2}{4\pi} > A(L)=\dfrac{L^2}{16}, the maximum has ℓ=0\ell=0 (that is, no square).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 3.5절 · 9번
# 최댓값·최솟값과 최적화증명·논술도전자동 분류
693.CLP-1 · 3.6절 · 1번우리말 번역

함수 f(x)f(x) 가 다음과 같이 주어졌다고 하자. f(x)=g(x)x2−9f(x)= \frac{g(x)}{x^2-9} 여기서 g(x)g(x) 도 함수이다. 참 또는 거짓: f(x)f(x) 는 x=−3x=-3 에서 수직 점근선을 갖는다.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) is a function given by f(x)=g(x)x2−9f(x)= \frac{g(x)}{x^2-9} where g(x)g(x) is also a function. True or false: f(x)f(x) has a vertical asymptote at x=−3x=-3.

정답·풀이 보기

일반적으로 이것은 거짓이다. 예를 들어 함수 f(x)=x2−9x2−9f(x) = \dfrac{x^2-9}{x^2-9} 은 정의역의 모든 점에서 1 과 같으므로(그리고 x=±3x=\pm3 일 때는 정의되지 않으므로) 수직 점근선이 없다.

그러나 f(x)f(x) 가 x=−3x=-3 에서 수직 점근선을 갖는 것은 분명히 가능하다. 예를 들어 f(x)=1x2−9f(x)=\dfrac{1}{x^2-9} 은 x=−3x=-3 에서 수직 점근선을 갖는다. 더 일반적으로, g(x)g(x) 가 연속이고 g(−3)≠0g(-3)\ne 0 이면 f(x)f(x) 는 x=−3x=-3 에서 수직 점근선을 갖는다.

원본 교재 풀이(영어)

In general, this is false. For example, the function f(x)=x2−9x2−9f(x) = \dfrac{x^2-9}{x^2-9} has no vertical asymptotes, because it is equal to 1 in every point in its domain (and is undefined when x=±3x=\pm3).

However, it is certainly possible that f(x)f(x) has a vertical asymptote at x=−3x=-3. For example, f(x)=1x2−9f(x)=\dfrac{1}{x^2-9} has a vertical asymptote at x=−3x=-3. More generally, if g(x)g(x) is continuous and g(−3)≠0g(-3)\ne 0, then f(x)f(x) has a vertical asympotote at x=−3x=-3.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 4번
# 함수의 그래프 그리기개념 확인기본자동 분류
694.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

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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}

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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
695.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
696.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
697.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
698.CLP-1 · 3.6절 · 1번우리말 번역

아래에 그래프로 주어진 각 함수에 해당하는 도함수를 목록에서 찾아 짝지으세요. (예를 들어, 목록의 어떤 함수가 A′(x)A'(x) 에 해당하는지 찾으세요.)

곡선의 변화 양상이 잘 드러나도록 yy 축의 눈금을 조정했으므로, 그래프마다 세로 눈금이 다릅니다.

l(x)=(x−2)4l(x)=(x-2)^4

m(x)=(x−2)4(x+2)m(x)=(x-2)^4(x+2)

n(x)=(x−2)2(x+2)2n(x)=(x-2)^2(x+2)^2

o(x)=(x−2)(x+2)3o(x)=(x-2)(x+2)^3

p(x)=(x+2)4p(x)=(x+2)^4

그림

그림

그림

그림

그림

영어 원문 보기

Match each function graphed below to its derivative from the list. (For example, which function on the list corresponds to A′(x)A'(x)?)

The yy-axes have been scaled to make the curve's behaviour clear, so the vertical scales differ from graph to graph.

l(x)=(x−2)4l(x)=(x-2)^4

m(x)=(x−2)4(x+2)m(x)=(x-2)^4(x+2)

n(x)=(x−2)2(x+2)2n(x)=(x-2)^2(x+2)^2

o(x)=(x−2)(x+2)3o(x)=(x-2)(x+2)^3

p(x)=(x+2)4p(x)=(x+2)^4

figure

figure

figure

figure

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정답·풀이 보기

함수 A(x)A(x) 와 B(x)B(x) 는 다른 함수들과 구별되는 공통점이 있다. 접선이 수평인 점이 한 번뿐이라는 것이다. 특히 A′(−2)≠0A'(-2) \neq 0 이고 B′(2)≠0B'(2) \neq 0 이다. 목록에서 서로 다른 두 근을 갖지 않는 함수는 l(x)l(x) 와 p(x)p(x) 뿐이다. l(−2)≠0l(-2) \neq 0 이고 p(2)≠0p(2) \neq 0 이므로 다음을 얻는다. A′(x)=l(x)B′(x)=p(x)A'(x)=l(x) \qquad B'(x)=p(x)

함수 C(x)C(x) 는 감소하는 구간이 없다. x=±2x = \pm 2 일 때 접선이 수평이지만 곡선은 결코 감소하지 않으므로, 모든 xx 에 대해 C′(x)≥0C'(x) \geq 0 이고 C′(2)=C′(−2)=0C'(2)=C'(-2)=0 이다. 이에 맞는 함수는 n(x)=(x−2)2(x+2)2n(x)=(x-2)^2(x+2)^2 뿐이다. 일차식 인수들의 거듭제곱이 짝수이므로 이 함수는 음수가 되지 않으며, 근은 정확히 x=±2x=\pm 2 이다. C′(x)=n(x)C'(x)=n(x)

함수 D(x)D(x) 와 E(x)E(x) 는 x=0x=0 근처에서의 변화 양상을 살펴본다. D(x)D(x) 는 x=0x=0 근처에서 감소하므로 D′(0)<0D'(0)<0 이고, 이는 o(0)<0o(0)<0 과 일치한다. 반면 E(x)E(x) 는 00 근처에서 증가하므로 E′(0)>0E'(0)>0 이고, 이는 m(0)>0m(0)>0 과 일치한다. D′(x)=o(x)E′(x)=m(x)D'(x)=o(x)\qquad E'(x)=m(x)

원본 교재 풀이(영어)

Functions A(x)A(x) and B(x)B(x) share something in common that sets them apart from the others: they have a horizontal tangent line only once. In particular, A′(−2)≠0A'(-2) \neq 0 and B′(2)≠0B'(2) \neq 0. The only listed functions that do not have two distinct roots are l(x)l(x) and p(x)p(x). Since l(−2)≠0l(-2) \neq 0 and p(2)≠0p(2) \neq 0, we conclude A′(x)=l(x)B′(x)=p(x)A'(x)=l(x) \qquad B'(x)=p(x)

Function C(x)C(x) is never decreasing. Its tangent line is horizontal when x=±2x = \pm 2, but the curve never decreases, so C′(x)≥0C'(x) \geq 0 for all xx and C′(2)=C′(−2)=0C'(2)=C'(-2)=0. The only function that matches this is n(x)=(x−2)2(x+2)2n(x)=(x-2)^2(x+2)^2. Since its linear terms have even powers, it is never negative, and its roots are precisely x=±2x=\pm 2. C′(x)=n(x)C'(x)=n(x)

For the functions D(x)D(x) and E(x)E(x) we consider their behaviour near x=0x=0. D(x)D(x) is decreasing near x=0x=0, so D′(0)<0D'(0)<0, which matches with o(0)<0o(0)<0. Contrastingly, E(x)E(x) is increasing near zero, so E′(0)>0E'(0)>0, which matches with m(0)>0m(0)>0. D′(x)=o(x)E′(x)=m(x)D'(x)=o(x)\qquad E'(x)=m(x)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 3번
# 함수의 증가와 감소그래프·표 해석기본자동 분류
699.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
700.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