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736문제 · 36 / 37쪽
701.CLP-1 · 3.6절 · 4번우리말 번역
함수 f(x)=2arctan(x)−log(1+x2) 이 증가하는 가장 큰 열린구간을 구하세요.
영어 원문 보기
Find the largest open interval on which f(x)=2arctan(x)−log(1+x2) is increasing.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
아크탄젠트의 정의역은 모든 실수이다. 로그 함수의 정의역은 모든 양수이고, 1+x2 은 모든 x 에 대해 양수이다. 따라서 f(x) 의 정의역은 모든 실수이다.
f(x) 가 증가하는 구간을 찾기 위해 f′(x) 가 양수인 곳을 찾는다.
f′(x)=1+x22−1+x22x=1+x22−2x
분모는 항상 양수이므로 f(x) 는 2−2x>0 일 때 증가한다. 따라서 f(x) 는 열린구간 (−∞,1) 에서 증가한다고 결론짓는다.
원본 교재 풀이(영어)
The domain of arctangent is all real numbers. The domain of the logarithm function is all positive numbers, and 1+x2 is positive for all x. So, the domain of f(x) is all real numbers.
In order to find where f(x) is increasing, we find where f′(x) is positive.
f′(x)=1+x22−1+x22x=1+x22−2x
Since the denominator is always positive, f(x) is increasing
when when 2−2x>0. We conclude that f(x) is increasing on the open interval (−∞,1).
What symmetries (even, odd, periodic) does the function graphed below have?
정답·풀이 보기
이 함수는 y축에 대해 대칭이 아니므로 우함수가 아니다.
그래프가 보인 대로 계속된다고 가정하면, 아래에 나타낸 단위가 반복되므로 이 함수는 주기함수이다.
또한 f(x) 는 기함수이다. 기함수 대칭을 가지는 함수에서는 곡선의 오른쪽 부분(y축의 오른쪽 부분)을 y축과 x축에 대해 모두 대칭이동하면 곡선의 왼쪽 부분과 겹친다.
그래프의 오른쪽 부분을 y축에 대해 대칭이동한 다음 x축에 대해 대칭이동하면 f(x) 가 되므로, f(x) 는 기함수라고 결론짓는다.
원본 교재 풀이(영어)
The function is not even, because it is not mirrored across the y-axis.
Assuming it continues as shown, the function is periodic, because the unit shown below is repeated:
Additionally, f(x) is odd. In a function with odd symmetry, if we mirror the right-hand portion of the curve (the portion to the right of the y-axis) across both the y-axis and the x-axis, it lines up with the left-hand portion of the curve.
Since reflecting the right-hand portion of the graph across the y-axis, then the x-axis, gives us f(x), we conclude f(x) is odd.
종합하면, f(x)=g(x)+h(x) 는 g(x) 와 h(x) 가 모두 반복될 때 반복된다. 3π 와 2π 의 공통인 정수 배수 중 가장 작은 것은 π 이다. g(x) 는 3π 만큼마다 반복되고 h(x) 는 2π 만큼마다 반복되므로, 둘은 π 만큼 이동해야 비로소 함께 반복된다. 따라서 f(x) 의 주기는 π 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Let's consider g(x)=tan(3x) and h(x)=sin(4x) separately. Recall that π is the period of tangent.
tanXReplacing X with 3x:tan(3x)tan(3x)g(x)So, the period of g(x)=tan(3x) is 3π.Similarly, 2π is the period of sine.sin(X)Replacing X with 4x:sin(4x)sin(4x)h(x)=tan(X+π)=tan(3x+π)=tan(3(x+3π))=g(x+3π)=sin(X+2π)=sin(4x+2π)=sin(4(x+2π))=h(x+2π)for every X in the domain of tanXfor every x in the domain of tan3xfor every x in the domain of tan3xfor every x in the domain of tan3xfor every X in the domain of sin(X)for every x in the domain of sin(4x)for every x in the domain of sin(4x)for every x in the domain of sin(4x)
So, the period of h(x)=sin(4x) is 2π.
All together, f(x)=g(x)+h(x) will repeat when both g(x) and h(x) repeat. The least common integer multiple of 3π and 2π is π. Since g(x) repeats every 3π units, and h(x) repeats every 2π units, they will not both repeat until we move π units. So, the period of f(x) is π.
(a) 함수 y=f(x)=x5−x 의 그래프를 그리세요. 이때 점근선, 극댓값과 극솟값, 변곡점, 그리고 그래프가 아래로 볼록인 구간과 위로 볼록인 구간을 나타내세요.
(b) 함수 f(x)=x5−x+k 를 생각하세요. 여기서 k 는 상수이고 −∞<k<∞ 입니다. 이 함수는 몇 개의 근을 갖는지 구하세요. (답은 k 의 값에 따라 달라질 수 있습니다.)
영어 원문 보기
(a) Sketch the graph of y=f(x)=x5−x, indicating asymptotes,
local maxima and minima, inflection points, and where the
graph is concave up/concave down.
(b) Consider the function f(x)=x5−x+k, where k is a constant,
−∞<k<∞. How many roots does the function have? (Your answer might
depend on the value of k.)
정답·풀이 보기
(a)
먼저 미분한다.
f(x)=x5−xf′(x)=5x4−1f′′(x)=20x3
함수와 그 도함수로부터 다음을 알 수 있다.
x→∞limf(x)=∞, x→−∞limf(x)=−∞
∣x∣>451 에서 f′(x)>0 (즉, f 는 증가)
x=±451≈±0.67 에서 f′(x)=0 (즉, f 는 임계점을 가짐)
∣x∣<451 에서 f′(x)<0 (즉, f 는 감소)
f(±451)=∓5454≈∓0.53
이로부터 그래프의 대략적인 모양을 처음으로 짐작할 수 있다.
이 뼈대를 이계도함수의 정보를 이용해 다듬는다.
x>0 에서 f′′(x)>0 (즉, f 는 아래로 볼록),
x=0 에서 f′′(x)=0 (즉, f 는 변곡점을 가짐),
x<0 에서 f′′(x)<0 (즉, f 는 위로 볼록)
따라서
f 는 점근선이 없다
f 는 x=−451 에서 극대이고 x=451 에서 극소이다
f 는 x=0 에서 변곡점을 갖는다
f 는 x<0 에서 위로 볼록이고 x>0 에서 아래로 볼록이다
(b) 함수 x5−x+k 가 x=x0 에서 근을 가질 필요충분조건은 x=x0 에서 x5−x=−k 인 것이다. 따라서 x5−x+k 의 서로 다른 실근의 개수는 곡선 y=x5−x 가 수평선 y=−k 와 만나는 횟수와 같다. x5−x 의 극댓값(x=−451 일 때)은 5454 이고, x5−x 의 극솟값(x=451 일 때)은 −5454 이다. 따라서 위의 x5−x 의 그래프를 보면, x5−x+k 의 서로 다른 실근의 개수는 다음과 같다.
∣k∣>5454 일 때 1
∣k∣=5454 일 때 2
∣k∣<5454 일 때 3
원본 교재 풀이(영어)
(a)
First, we differentiate.
f(x)=x5−xf′(x)=5x4−1f′′(x)=20x3
The function and its first derivative tells us the following:
x→∞limf(x)=∞, x→−∞limf(x)=−∞
f′(x)>0 (i.e. f is increasing) for
∣x∣>451
f′(x)=0 (i.e. f has critical points) for x=±451≈±0.67
f′(x)<0 (i.e. f is decreasing) for ∣x∣<451
f(±451)=∓5454≈∓0.53
This gives us a first idea of the shape of the graph.
We refine this skeleton using information from the second derivative.
f′′(x)>0 (i.e. f is concave up) for x>0,
f′′(x)=0 (i.e. f has an inflection point) for x=0, and
f′′(x)<0 (i.e. f is concave down) for x<0
Thus
f has no asymptotes
f has a local maximum at x=−451
and a local minimum at x=451
f has an inflection point at x=0
f is concave down for x<0 and concave up for x>0
(b) The function
x5−x+k has a root at x=x0 if and only if x5−x=−k
at x=x0. So the number of distinct real roots of x5−x+k is the
number of times the curve y=x5−x crosses the horizontal line y=−k.
The local maximum of x5−x (when x=−451)
is 5454, and the local minimum of x5−x
(when x=451) is −5454.
So, looking at the graph of x5−x above, we see that the number of distinct
real roots of x5−x+k is
미국 인구 조사에 따르면 미시간주 그랜드래피즈시의 인구는 1980년에 181,843명, 1990년에 189,126명, 2000년에 197,800명이었다.
(a) 1980년부터 2000년까지 그랜드래피즈의 인구는 몇 명 늘었는지 구하세요.
(b) 1980년부터 2000년까지 평균적으로 1년 동안 그랜드래피즈의 인구는 몇 명 늘었는지 구하세요.
(c) 위치의 변화량을 시간의 변화량으로 나누어 움직이는 물체의 평균 속도를 구할 수 있는 것과 마찬가지로, 임의의 함수 f 의 평균변화율도 구할 수 있다. 구체적으로, 구간 [a,b] 에서 함수 f 의 평균변화율은 다음 몫이다.
b−af(b)−f(a). 구간 [a,b] 에서 y=f(x) 의 그래프 위의 어떤 값을 b−af(b)−f(a) 가 나타내는지 설명하세요.
(d) P(t) 는 시각 t 에서 그랜드래피즈의 인구를 나타내고, t 는 1980년 1월 1일부터 지난 햇수라고 하자. 구간 t=0 부터 t=20 까지에서 P 의 평균변화율을 구하세요. 이 값의 단위는 무엇인지 구하세요.
(e) 그랜드래피즈의 인구가 10년마다 약 4%의 비율로 증가한다고 가정하면, 인구 함수를 다음 식으로 나타낼 수 있다.
P(t)=181843(1.04)t/10. 이 식을 이용하여 구간 [5,10], [5,9], [5,8], [5,7], [5,6] 에서 인구의 평균변화율을 구하세요.
(f) 1985년 1월 1일에 그랜드래피즈의 인구는 얼마나 빠르게 변하고 있었다고 생각하나요? 다시 말해, 1985년 1월 1일 현재 그랜드래피즈의 인구에 사람들이 어느 정도의 비율로 더해지고 있었다고 생각하나요? 그다음 1년 동안 이 도시는 몇 명이 더 늘어날 것으로 예상해야 하나요? 그 이유는 무엇인가요?
영어 원문 보기
According to the U.S. census, the population of the city of Grand Rapids, MI, was 181,843 in 1980; 189,126 in 1990; and 197,800 in 2000.
(a) Between 1980 and 2000, by how many people did the population of Grand Rapids grow?
(b) In an average year between 1980 and 2000, by how many people did the population of Grand Rapids grow?
(c) Just like we can find the average velocity of a moving body by computing change in position over change in time, we can compute the average rate of change of any function f. In particular, the average rate of change of a function f over an interval [a,b] is the quotient
b−af(b)−f(a). What does the quantity b−af(b)−f(a) measure on the graph of y=f(x) over the interval [a,b]?
(d) Let P(t) represent the population of Grand Rapids at time t, where t is measured in years from January 1, 1980. What is the average rate of change of P on the interval t=0 to t=20? What are the units on this quantity?
(e) If we assume the population of Grand Rapids is growing at a rate of approximately 4% per decade, we can model the population function with the formula
P(t)=181843(1.04)t/10. Use this formula to compute the average rate of change of the population on the intervals [5,10], [5,9], [5,8], [5,7], and [5,6].
(f) How fast do you think the population of Grand Rapids was changing on January 1, 1985? Said differently, at what rate do you think people were being added to the population of Grand Rapids as of January 1, 1985? How many additional people should the city have expected in the following year? Why?
정답·풀이 보기
(a) 인구의 변화량은 P(2000)−P(1980)=197800−181843=15957 명이다.
(b) 1980년부터 2000년까지 20년 동안 그랜드래피즈에 15957 명이 늘었으므로, 평균적으로 1년 동안 인구는 2015,957≈798 명/년 늘었다.
(c) b−af(b)−f(a)=ΔxΔf 는 두 점 (a,f(a)) 와 (b,f(b)) 를 지나는 할선의 기울기를 나타낸다.
(d) AV[0,20]=20−0P(20)−P(0)=20197800−181843=2015957≈798
명/년이다.
(e) AV[5,10]AV[5,9]AV[5,8]AV[5,7]AV[5,6]=10−5P(10)−P(5)=10−5189116.72−185444.20≈734.50=9−5188376.44−185444.20≈733.06=8−5187639.06−185,444.20≈731.62=7−5186904.57−185,444.20≈730.19=6−5186172.95−185,444.20≈728.7535
이 값들의 단위는 각각 “명/년”이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The change in population is P(2000)−P(1980)=197800−181843=15957 people.
(b) Since there were 15957 people added to Grand Rapids over the 20 years from 1980 to 2000, in an average year the population grew by 2015,957≈798 people/year.
(c) b−af(b)−f(a)=ΔxΔf measures the slope of a secant line through the points (a,f(a)) and (b,f(b)).
(d) AV[0,20]=20−0P(20)−P(0)=20197800−181843=2015957≈798
people per year.
(e) AV[5,10]AV[5,9]AV[5,8]AV[5,7]AV[5,6]=10−5P(10)−P(5)=10−5189116.72−185444.20≈734.50=9−5188376.44−185444.20≈733.06=8−5187639.06−185,444.20≈731.62=7−5186904.57−185,444.20≈730.19=6−5186172.95−185,444.20≈728.7535
The units on each of these quantities are “people per year”.
중국의 인구 P (단위: 십억 명)를 함수 P(t)=1.15(1.014)t 으로 근사할 수 있다고 하자. 여기서 t 는 1993년 초부터 지난 햇수이다.
(a) 이 모델에 따르면, 1993년 1월 1일부터 2000년 1월 1일까지 중국 인구의 총 변화량은 얼마였습니까? 이 기간 동안 인구의 평균변화율은 얼마입니까? 이 평균변화율은 2000년 1월 1일의 인구의 순간변화율보다 큽니까, 작습니까? 모든 답에 알맞은 단위를 반드시 포함하여 설명하고 근거를 제시하세요.
(b) 이 모델에 따르면, 2012년 1월 1일부터 시작하는 10년 동안 중국 인구의 평균변화율은 얼마입니까? 구하세요.
(c) 오늘 날짜에서 인구의 정확한 순간변화율을 나타내는, 극한을 포함한 식을 쓰세요. 그런 다음 이 극한의 값을 어림하고(어떤 방법으로 어림하기로 했는지 설명하세요), 구한 값의 의미를 단위를 포함하여 설명하세요.
(d) 오늘 날짜로 주어지는 t 의 값에 해당하는 점에서 함수 y=P(t) 의 접선의 방정식을 구하세요.
영어 원문 보기
Suppose that the population, P, of China (in billions) can be approximated by the function P(t)=1.15(1.014)t where t is the number of years since the start of 1993.
(a) According to the model, what was the total change in the population of China between January 1, 1993 and January 1, 2000? What will be the average rate of change of the population over this time period? Is this average rate of change greater or less than the instantaneous rate of change of the population on January 1, 2000? Explain and justify, being sure to include proper units on all your answers.
(b) According to the model, what is the average rate of change of the population of China in the ten-year period starting on January 1, 2012?
(c) Write an expression involving limits that, if evaluated, would give the exact instantaneous rate of change of the population on today's date. Then estimate the value of this limit (discuss how you chose to do so) and explain the meaning (including units) of the value you have found.
(d) Find an equation for the tangent line to the function y=P(t) at the point where the t-value is given by today's date.
정답·풀이 보기
(a) 먼저 P(7)−P(0)=115(1.014)7−115(1.014)0≈0.1175 십억 명이 총 인구 변화량이다. 따라서 이 기간의 평균변화율은 AV[0,7]=70.1175≈0.01679 십억 명/년이다. t=7 에서의 인구의 순간변화율은
P′(7)=h→0limAV[7,7+h]=h→0limh115(1.014)7+h−115(1.014)7 이고, 작은 h 값들로 이 값을 어림하면 P′(7)≈0.1762 이다. 그러므로 t=7 에서의 순간변화율은 구간 [0,7] 에서 P 의 평균변화율보다 크다.
(b) 평균변화율의 공식을 이용하면,
AV[19,29]=29−191.15(1.014)29−1.15(1.014)19≈0.02234
십억 명/년이다.
(c) 오늘 날짜를 2015년 7월 1일이라고 하면 t=22.5 이므로 P′(22.5) 를 계산하면 된다. 극한의 정의에 따라
P′(22.5)=h→0limh115(1.014)22.5+h−115(1.014)22.5. 작은 h 값들로 이 극한을 어림하면 P′(22.5)≈0.02186 이고, 단위는 십억 명/년이다.
(d) 기울기가 P′(22.5)≈0.02186 이고 점 (22.5,P(22.5)) 를 지나는 접선의 방정식을 구하면 된다. 점-기울기 꼴을 이용하면, 이 직선은
y−1.57236=0.02186(t−22.5) 이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) First, P(7)−P(0)=115(1.014)7−115(1.014)0≈0.1175 billion people is the total population change. It follows that the average rate of change over this time period is AV[0,7]=70.1175≈0.01679 billion people per year. The instantaneous rate of change of the population at t=7 is
P′(7)=h→0limAV[7,7+h]=h→0limh115(1.014)7+h−115(1.014)7, and approximating this quantity with small values of h, it follows that P′(7)≈0.1762. Hence, the instantaneous rate of change at t=7 is greater than the average rate of change of Pon the interval [0,7].
(b) Using the formula for average rate of change,
AV[19,29]=29−191.15(1.014)29−1.15(1.014)19≈0.02234
billion people/year.
(c) We will say that today's date is July 1, 2015, which means that t=22.5, so we want to compute P′(22.5). The limit definition tells us that
P′(22.5)=h→0limh115(1.014)22.5+h−115(1.014)22.5. Estimating this limit by using small values of h, we determine that P′(22.5)≈0.02186, which is measured in billions of people per year.
(d) We want the equation of the tangent line that has slope P′(22.5)≈0.02186 and that passes through the point (22.5,P(22.5)). Using point-slope form, it follows that the line is given by
y−1.57236=0.02186(t−22.5).
이 문제의 목표는 여러 함수에 대해 한 점에서의 미분계수의 값을 구하되, 각 함수마다 세 가지 서로 다른 방법으로 구한 다음, 그 결과를 비교하여 세 방법이 모두 같은 값을 내는지 확인하는 것이다.
다음 각 함수에 대해 도함수의 극한 정의를 사용하여 세 가지 방법으로 f′(a) 의 값을 구하세요. 먼저 대수적 방법을 써서 (극한을 정확히 계산하여) 구하려고 노력하고, 그다음 수치적 근거(작은 h 의 값)로 그 결과를 검증하고, 마지막으로 (a,f(a)) 근처에서 y=f(x) 의 그래프를 알맞은 접선과 함께 그려서 f′(a) 의 값을 시각적으로 어림하세요. 세 방법으로 얻은 결과를 서로 비교하세요. 대수적 방법을 끝내지 못하더라도 수치적 방법과 그래프를 이용한 방법은 계속 진행하세요.
The goal of this problem is to compute the value of the derivative at a point for several different functions, where for each one we do so in three different ways, and then to compare the results to see that each produces the same value.
For each of the following functions, use the limit definition of the derivative to compute the value of f′(a) using three different approaches: strive to use the algebraic approach first (to compute the limit exactly), then test your result using numerical evidence (with small values of h), and finally plot the graph of y=f(x) near (a,f(a)) along with the appropriate tangent line to estimate the value of f′(a) visually. Compare your findings among all three approaches; if you are unable to complete the algebraic approach, still work numerically and graphically.
(b) 다음 표는 a=1 이고 h 가 작은 여러 값일 때 차분몫 hf(a+h)−f(a) 의 값을 나타낸 것이다. 이 표는 f′(1) 이 약 −1 임을 나타낸다.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
---
---
---
---
---
---
---
hf(1+h)−f(1)
−1.00010
−1.001001
−1.010101
−0.990099
−0.999001
−0.999900
다음 그림과 같이 점 (1,f(1)) 에서 f 의 접선의 기울기는 약 −1 로 보인다.
마지막으로 대수적 방법으로 이 어림값을 확인한다. x=a 에서 f 의 미분계수의 정의에 의해
f′(1)=h→0limhf(1+h)−f(1)=h→0limh1+h1−1=h→0limh1+h1−1(1+h1+h)=h→0limh(1+h)1−(1+h)=h→0limh(1+h)−h)=h→0lim−1+h1=−1. 이는 수치적 방법과 기하적 방법으로 얻은 결론을 확인해 준다.
(c) 아래 표는 a=1 이고 h 가 작은 여러 값일 때 차분몫 hf(a+h)−f(a) 의 값을 나타낸 것이다. 이 표는 f′(1) 이 약 0.5 임을 나타낸다.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
---
---
---
---
---
---
---
hf(1+h)−f(1)
0.50001300
0.50012510
0.50125629
0.49875620
0.49987500
0.49999000
아래 그림과 같이 점 (1,f(1)) 에서 f 의 접선의 기울기는 약 0.5 로 보인다.
마지막으로 대수적 방법으로 이 어림값을 확인한다. x=a 에서 f 의 미분계수의 정의에 의해
f′(1)=h→0limhf(1+h)−f(1)=h→0limh1+h−1=h→0limh1+h−1=h→0limh1+h−1(1+h+11+h+1)=h→0limh(1+h+1)(1+h)−1=h→0limh(1+h+1)h=1+h+11=21. 이는 수치적 방법과 기하적 방법으로 얻은 결론을 확인해 준다.
(d) 다음 표의 자료는 hf(1+h)−f(1) 의 값이 h<0 일 때 1 이고 h>0 일 때 −1 임을 나타낸다. 이는 f′(1) 이 존재하지 않음을 뜻한다.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
---
---
---
---
---
---
---
hf(1+h)−f(1)
1
1
1
−1
−1
−1
아래 그림에서 f 의 그래프는 점 (1,f(1)) 에서 뾰족한 모서리를 갖는 것으로 보이며, 이 역시 (1,f(1)) 에서 f 의 접선이 없음을 뜻한다.

이 시점에서 대수적 방법으로는 더 이상 계산할 수 없는 극한을 만난다. 앞에서 다룬 극한과 마찬가지로 작은 h 의 값을 이용하여 이 극한을 어림할 수 있다. 그렇게 하면 이 극한도 0 에 가까워짐이 확인되므로, f′(2π)=0 이라고 결론짓는다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The table below gives values of the difference quotient hf(a+h)−f(a) for a=2 and several small values of h. This table indicates that f′(2) is approximately 1.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
hf(2+h)−f(2)
0.9999
0.9990
0.9900
1.0100
1.0010
1.0001
The tangent line to f at the point (2,f(2)) as shown in the following appears to have a slope that is approximately 1.
Finally, we verify these approximations using an algebraic approach. The definition of the derivative of f at x=a shows that
This confirms our conclusions using the numeric and geometric approaches.
(b) The following table gives values of the difference quotient hf(a+h)−f(a) for a=1 and several small values of h. This table indicates that f′(1) is approximately −1.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
---
---
---
---
---
---
---
hf(1+h)−f(1)
−1.00010
−1.001001
−1.010101
−0.990099
−0.999001
−0.999900
The tangent line to f at the point (1,f(1)) as shown in the following figure appears to have a slope that is approximately −1.
Finally, we verify these approximations using an algebraic approach. The definition of the derivative of f at x=a shows that
f′(1)=h→0limhf(1+h)−f(1)=h→0limh1+h1−1=h→0limh1+h1−1(1+h1+h)=h→0limh(1+h)1−(1+h)=h→0limh(1+h)−h)=h→0lim−1+h1=−1. This confirms our conclusions using the numeric and geometric approaches.
(c) The table below gives values of the difference quotient hf(a+h)−f(a) for a=1 and several small values of h. This table indicates that f′(1) is approximately 0.5.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
---
---
---
---
---
---
---
hf(1+h)−f(1)
0.50001300
0.50012510
0.50125629
0.49875620
0.49987500
0.49999000
The tangent line to f at the point (1,f(1)) as shown in the figure below appears to have a slope that is approximately 0.5.
Finally, we verify these approximations using an algebraic approach. The definition of the derivative of f at x=a shows that
f′(1)=h→0limhf(1+h)−f(1)=h→0limh1+h−1=h→0limh1+h−1=h→0limh1+h−1(1+h+11+h+1)=h→0limh(1+h+1)(1+h)−1=h→0limh(1+h+1)h=1+h+11=21. This confirms our conclusions using the numeric and geometric approaches.
(d) The data in the following table indicates that hf(1+h)−f(1) has values of 1 for h<0 and values of −1 for h>0. This implies that f′(1) does not exist.
h
−0.0001
−0.001
−0.01
0.01
0.001
0.0001
---
---
---
---
---
---
---
hf(1+h)−f(1)
1
1
1
−1
−1
−1
The graph of f in the figure below appears to show a sharp corner at the point (1,f(1)), also implying that there is no tangent line to fat (1,f(1)).

Now we verify these approximations using an algebraic approach. Notice first that
At this point, we encounter a limit that we are unable to evaluate further using algebraic means. Like the earlier limit above, we can estimate the limit using small values of h. Doing so confirms that this limit also approaches 0, and we hence conclude that f′(2π)=0.
(a) 도함수의 극한 정의를 이용하여 g′(x) 의 식을 구하세요.
(b) 그래픽 도구를 이용하여 y=g(x) 와 구한 y=g′(x) 의 그래프를 함께 그리세요. 구한 g′(x) 의 식이 예상한 그래프를 만들어 내나요?
(c) 도함수의 극한 정의를 이용하여 p(x)=5x2−4x+12 일 때 p′(x) 의 식을 구하세요.
(d) 구한 g′(x) 와 p′(x) 의 식을 비교하고 차이점을 설명하세요. 상수 5, 4, 12, 3 은 결과에 어떤 영향을 주나요?
영어 원문 보기
Consider the function g(x)=x2−x+3.
(a) Use the limit definition of the derivative to determine a formula for g′(x).
(b) Use a graphing utility to plot both y=g(x) and your result for y=g′(x); does your formula for g′(x) generate the graph you expected?
(c) Use the limit definition of the derivative to find a formula for p′(x) where p(x)=5x2−4x+12.
(d) Compare and contrast the formulas for g′(x) and p′(x) you have found. How do the constants 5, 4, 12, and 3 affect the results?
정답·풀이 보기
(a) 정의에 의하여
g′(x)=h→0limhg(x+h)−g(x)=h→0limh(x+h)2−(x+h)+3−(x2−x+3)=h→0limhx2+2xh+h2−x−h+3−x2+x−3=h→0limh2xh+h2−h=h→0limhh(2x+h−1)=h→0lim(2x+h−1)=2x−1.
(b)
위 그림에는 g 와 g′ 의 그래프가 함께 그려져 있다. 점 (0.5,2.75) 는 이차함수 g 의 꼭짓점이고, 이 점에서 g(x) 의 접선의 기울기는 0 이다. 이는 y=g′(x) 가 x축과 만나는 점 (0.5,0) 과 일치한다. 또한 x<0.5 일 때 g′(x) 는 음수인데, 이는 g 가 감소하고 접선의 기울기가 음수인 구간에 해당한다. 마찬가지로 x>0.5 일 때 g′ 의 값은 양수이며, 이는 원래 함수 g 에서 볼 수 있는 기울기의 값과 일치한다.
(c) 정의에 의하여
p′(x)=h→0limhp(x+h)−p(x)=h→0limh5(x+h)2−4(x+h)+12−(5x2−4x+12)=h→0limh5x2+10xh+5h2−4x−4h+12−5x2+4x−12=h→0limh10xh+5h2−4h=h→0limhh(10x+5h−4)=h→0lim(10x+5h−4)=10x−4.
(d) g(x)=x2−x+3 에 대하여 g′(x)=2x−1 임을 구하였다. p(x)=5x2−4x+12 에 대하여 p′(x)=10x−4 임을 구하였다. 상수 3 과 12 는 결과에 전혀 영향을 주지 않는 것으로 보이는데, 이 수들은 g 와 p 의 그래프를 세로 방향으로 평행이동할 뿐 기울기는 전혀 바꾸지 않으므로 타당하다. p(x) 의 일차항의 계수 −4 는 p′(x)=10x−4 에서 “−4”로 나타나는 것으로 보인다. 이 또한, 일차함수 L(x)=−4x 만 생각하면 기울기가 어디서나 −4 라는 사실에 비추어 타당하다. 이는 g(x)=x2−x+3 의 일차항의 계수 −1 이 g′(x)=2x−1 에서 상수 −1 로 나타나는 것과 대비된다. 마지막으로, (x)=5x2−4x+12 의 최고차항의 계수 5 는 p′(x)=10x−4 에서 계수 “10”이 되게 한다. 이는 y=5x2 만 생각하면 5 때문에 그래프가 y=x2 의 그래프보다 5배 가파르게 되어 도함수에도 그만큼 비례하여 영향을 주기 때문이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) By definition,
g′(x)=h→0limhg(x+h)−g(x)=h→0limh(x+h)2−(x+h)+3−(x2−x+3)=h→0limhx2+2xh+h2−x−h+3−x2+x−3=h→0limh2xh+h2−h=h→0limhh(2x+h−1)=h→0lim(2x+h−1)=2x−1.
(b)
In the above figure, we see plots of both g and g′. We observe that the point (0.5,2.75) is the vertex of the quadratic function g, and at this point the slope of the tangent line to g(x) is zero. This aligns with the point (0.5,0) where y=g′(x) crosses the x-axis. In addition, we note that g′(x) is negative for x<0.5, which corresponds to where g is decreasing and has tangent lines with slopes that are negative. Similarly, the values of g′ are positive for x>0.5, which align with the values of slopes we see on the original function g.
(c) By definition,
p′(x)=h→0limhp(x+h)−p(x)=h→0limh5(x+h)2−4(x+h)+12−(5x2−4x+12)=h→0limh5x2+10xh+5h2−4x−4h+12−5x2+4x−12=h→0limh10xh+5h2−4h=h→0limhh(10x+5h−4)=h→0lim(10x+5h−4)=10x−4.
(d) For g(x)=x2−x+3, we found that g′(x)=2x−1. For p(x)=5x2−4x+12, we determined that p′(x)=10x−4. The constants 3 and 12 don't seem to affect the results at all, and that makes sense because those numbers only serve to shift the graphs of g and p vertically, which does nothing to change the slope. The coefficient −4 on the linear term in p(x) appears to make the “−4” appear in p′(x)=10x−4. That, too, makes sense in light of the fact that if we considered only the linear function L(x)=−4x, the slope would everywhere be −4, in contrast to the coefficent −1 found on the linear term in g(x)=x2−x+3, which leads to the constant −1 in g′(x)=2x−1. Finally, the leading coefficient 5 in (x)=5x2−4x+12 leads to the coefficient of “10” in p′(x)=10x−4. This makes sense because if we considered only y=5x2, the 5 would make the graph 5 times as steep as the graph of y=x2, and thus it affects the derivative proportionately.
커피 한 잔의 시간 t 에서의 온도 F (단위: 화씨 도)가 함수 F(t)=75+110e−0.05t 로 주어지고, 시간은 분 단위로 잰다.
(a) h=0.01 인 중심차분을 이용하여 F′(10) 의 값을 어림하세요.
(b) (a)에서 계산한 F′(10) 의 값의 단위는 무엇입니까? F′(10) 의 값이 실제로 의미하는 바는 무엇입니까?
(c) F′(10) 과 F′(20) 중 어느 것이 더 클 것으로 예상합니까? 그 이유는 무엇입니까?
(d) 시간 구간 0≤t≤30 에서 함수 y=F′(t) 의 변화 양상을 설명하는 문장을 쓰세요. 그 그래프는 어떤 모양일 것이라고 생각합니까? 그 이유는 무엇입니까?
영어 원문 보기
A cup of coffee has its temperature F (in degrees Fahrenheit) at time t given by the function F(t)=75+110e−0.05t, where time is measured in minutes.
(a) Use a central difference with h=0.01 to estimate the value of F′(10).
(b) What are the units on the value of F′(10) that you computed in (a)? What is the practical meaning of the value of F′(10)?
(c) Which do you expect to be greater: F′(10) or F′(20)? Why?
(d) Write a sentence that describes the behavior of the function y=F′(t) on the time interval 0≤t≤30. How do you think its graph will look? Why?
정답·풀이 보기
(a) 중심차분 공식을 이용하면 다음과 같다.
F′(10)≈0.02F(10.01)−F(9.99)=0.02(75+110e−0.05⋅10.01)−(75+110e−0.05⋅9.99)≈−3.33592.
(b) F 는 화씨 도 단위로, t 는 분 단위로 재므로 F′(10)≈−3.33592 화씨 도/분이다. 이는 t=10 인 순간에 커피의 온도가 분당 약 3.33592 도의 순간변화율로 감소하고 있음을 뜻한다. 달리 말하면, 다음 1분 동안 커피의 온도가 약 3.33592 도 떨어질 것으로 예상할 수 있다.
(c) 커피의 온도와 주변 온도의 차이가 가장 큰 초반에 커피의 온도가 빠르게 감소하고, 시간이 지남에 따라 커피의 온도가 주변 실내 온도에 가까워질 것으로 예상한다. F 가 항상 감소하는 함수이므로 F′ 은 항상 음수임을 염두에 두면, F′(10) 이 F′(20) 보다 작다(더 음수이다)는 것을 알 수 있다. 이러한 관찰은 F 의 그래프를 그려서도 확인할 수 있다.
(d) F′ 은 항상 음수이고, 시간이 지남에 따라 F′ 이 0 에 점점 더 가까워질 것(즉, F′ 이 증가함)으로 예상된다는 것을 앞에서 살펴보았다. 따라서 F′ 의 그래프는 y=−e−x 의 그래프와 비슷한 모양일 것으로 예상된다. −e−x 도 지수함수이고, 항상 음수이며, 항상 증가하고, x 가 커질수록 0 에 가까워지므로 이는 타당하다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Using the central difference formula, we find that
F′(10)≈0.02F(10.01)−F(9.99)=0.02(75+110e−0.05⋅10.01)−(75+110e−0.05⋅9.99)≈−3.33592.
(b) Since F is measured in degrees Fahrenheit and t in minutes, we have F′(10)≈−3.33592 degrees F per minute. This means that at the instant t=10, the temperature of the coffee is decreasing at an instantaneous rate of about 3.33592 degrees per minute. Said differently, in the next minute, we'd expect the temperature of the coffee to drop about 3.33592 degrees.
(c) We expect the coffee's temperature to decrease quickly early on when the difference between its temperature and the surroundings is greatest, and as time goes on for the coffee's temperature to approach that of the surrounding room. Keeping in mind that F is an always decreasing function so that F′ is always negative, we observe that F′(10) should be less (more negative) than F′(20). These observations can also be confirmed by plotting a graph of F.
(d) We have noted that F′ is always negative, and that we expect F′ to get closer and closer to 0 as time goes on (that is, F′ is increasing). As such, we expect F′ to look something like the graph of y=−e−x. This is reasonable since −e−x is also an exponential function, is always negative, is always increasing, and approaches 0 as x increases.
환자에게 약물을 투여량 q (단위: 밀리리터)만큼 투여했을 때 생기는 체온 변화 T (단위: 화씨 도)는 함수 T=f(q) 로 주어진다.
(a) f(50)=0.75 라고 하는 것은 무엇을 뜻하는지 단위를 바르게 사용하여 완전한 문장으로 설명하세요.
(b) 약물에 대한 사람의 민감도 s 는 함수 s(q)=f′(q) 로 정의된다. 민감도의 단위는 무엇인지 구하세요.
(c) f′(50)=−0.02 라고 하자. 이 값의 의미를 완전한 문장으로 설명하세요. 답에 (a)에서 주어진 정보를 포함하세요.
영어 원문 보기
The temperature change T (in Fahrenheit degrees), in a patient, that is generated by a dose q (in milliliters), of a drug, is given by the function T=f(q).
(a) What does it mean to say f(50)=0.75? Write a complete sentence to explain, using correct units.
(b) A person's sensitivity, s, to the drug is defined by the function s(q)=f′(q). What are the units of sensitivity?
(c) Suppose that f′(50)=−0.02. Write a complete sentence to explain the meaning of this value. Include in your response the information given in (a).
정답·풀이 보기
(a) f(50)=0.75 라는 것은 환자가 약물 50 ml 를 투여하면 환자의 체온이 화씨 0.75 도만큼 변한다는 뜻이다.
(b) f 의 단위가 화씨 도이고 q 의 단위가 ml 이므로, s(q)=f′(q) 의 단위는 “밀리리터당 화씨 도”이다.
(c) f′(50)=−0.02 화씨 도/밀리리터라는 것은 투여량이 50 ml 일 때 체온 변화 함수의 순간변화율이 ml 당 −0.02 화씨 도라는 뜻이다. 즉 50 ml 를 투여하는 환자에게 투여량을 1 ml 더 늘리면, 체온 변화는 50 ml 를 투여했을 때의 체온 변화보다 약 0.02 화씨 도 작을 것으로 예상된다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) To say that f(50)=0.75 means that if a patient takes a dose of 50 ml of a drug, the patient will experience a body temperature change of 0.75 degrees F.
(b) Since the units of f are degrees F and the units of q are ml, it follows that the units of s(q)=f′(q) are “degrees Fahrenheit per milliliter.”
(c) If f′(50)=−0.02 degrees Fahrenheit per milliliter, this means that the instantaneous rate of change of the temperature change function is −0.02 degrees F per ml at the dose-level of 50 ml. This means that for a patient taking a 50 ml dose, adding one more ml to the dose leads us to expect a temperature change that is about 0.02 degrees less than the temperature change induced by a 50 ml dose.
공중으로 수직으로 던져 올린 공의 속도는 v(t)=16−32t 로 주어진다. 여기서 v 는 초당 피트로, t 는 초로 측정한다. 공은 t=0 부터 t=2 까지 공중에 떠 있다.
(a) 공의 속도가 가장 큰 때는 언제인지 구하세요.
(b) v′(1) 의 값을 구하세요. 그렇게 생각한 근거를 설명하세요.
(c) v′(1) 의 값의 단위는 무엇인지 구하세요. 이 값과 그에 해당하는 단위는 시각 t=1 에서 공의 움직임에 대해 무엇을 말해 주는지 설명하세요.
(d) 함수 v′(t) 의 물리적 의미는 무엇인지 설명하세요.
영어 원문 보기
The velocity of a ball that has been tossed vertically in the air is given by v(t)=16−32t, where v is measured in feet per second, and t is measured in seconds. The ball is in the air from t=0 until t=2.
(a) When is the ball's velocity greatest?
(b) Determine the value of v′(1). Justify your thinking.
(c) What are the units on the value of v′(1)? What does this value and the corresponding units tell you about the behavior of the ball at time t=1?
(d) What is the physical meaning of the function v′(t)?
정답·풀이 보기
(a) v(t)=16−32t 는 기울기가 음수인 −32 인 일차함수이므로 감소함수이다. 이 함수를 t=0 부터 t=2 까지 살펴보므로, 속도는 왼쪽 끝점인 t=0 일 때 가장 크다. 이때의 가장 큰 속도는 v(0)=16 피트/초이다.
(b) v 는 일차함수이므로 기울기가 상수이고, 따라서 이 함수의 모든 접선의 기울기는 함수가 나타내는 직선의 기울기와 같다. 그러므로 v′(1)=−32 이다.
(c) v 는 초당 피트로, t 는 초로 측정하므로 v′(1) 의 단위는 “초당 피트 매 초”이다. v′(1)=−32 이므로, 이는 공의 속도가 매 초 초당 32피트의 비율로 감소하고 있음을 뜻한다. 즉, t=1 에서 공의 속도가 얼마이든, 그다음 1초 동안 속도가 (정확히) 초당 32 피트만큼 감소할 것으로 기대할 수 있다. (보통은 이 전체 감소량이 정확한 값이 아니라 근삿값이지만, 속도 함수가 일차함수이므로 전체 변화량을 정확하게 계산할 수 있다.)
(d) 속도의 순간변화율이 바로 공의 가속도이다. 실제로 v′(t) 는 공의 속도가 어떻게 변하는지를 알려 주며, 속도가 초당 피트 매 초 단위로 −32 라는 일정한 비율로 변함을 나타낸다. 이는 중력에 의한 가속도가 상수라는 사실과도 일치한다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Observe that v(t)=16−32t is a linear function with negative slope −32, and thus decreasing. Since the function is of interest from t=0 to t=2, the velocity is greatest at the left endpoint, when t=0. This greatest velocity is v(0)=16 feet per second.
(b) Since v is a linear function, its slope is constant, and hence the slope of every tangent line to the function is the same as the slope of the line the function generates. Thus, v′(1)=−32.
(c) Because v is measured in feet per second and t in seconds, the units on v′(1) are “feet per second per second.” Knowing that v′(1)=−32, this tells us that the ball's velocity is decreasing at a rate of 32 feet per second per second; that is, for whatever the ball's velocity is at t=1, we would expect the velocity to decrease by (exactly) 32 feet per second over the next one second. (Normally this total decrease would be approximate, not exact, but since the velocity function is linear, we can compute the exact total change.)
(d) The instantaneous rate of change of velocity is precisely the acceleration of the ball. Indeed, v′(t) tells us how the ball's velocity changes, and that it does so at a constant rate of −32 feet per second per second. This is also consistent with the fact that acceleration due to gravity is constant.
어떤 자동차의 가치 V (달러)는 그 자동차가 주행한 거리 m (마일)에 따라 함수 V=h(m) 으로 정해진다.
(a) h(40000)=15500 이고 h(55000)=13200 이라 하자. 구간 [40000,55000] 에서 h 의 평균변화율은 얼마이며, 이 값의 단위는 무엇인가요?
(b) (a)에서 주어진 정보 외에 h(70000)=11100 이라 하자. h′(55000) 의 가장 좋은 추정값을 구하고, 단위를 포함하여 그 결과의 의미를 한 문장으로 설명하세요.
(c) h′(30000) 과 h′(80000) 중 어느 값이 더 클 것으로 예상하나요? 그 이유는 무엇인가요?
(d) 함수 V=h(m) 의 장기적인 변화 양상을 한 문장으로 서술하고, h′(m) 의 장기적인 변화 양상을 또 다른 한 문장으로 서술하세요. 자동차의 가치와 그 가치가 변하는 비율에 대해 실생활의 관점에서 설명하세요.
영어 원문 보기
The value, V, of a particular automobile (in dollars) depends on the number of miles, m, the car has been driven, according to the function V=h(m).
(a) Suppose that h(40000)=15500 and h(55000)=13200. What is the average rate of change of h on the interval [40000,55000], and what are the units on this value?
(b) In addition to the information given in (a), say that h(70000)=11100. Determine the best possible estimate of h′(55000) and write one sentence to explain the meaning of your result, including units on your answer.
(c) Which value do you expect to be greater: h′(30000) or h′(80000)? Why?
(d) Write a sentence to describe the long-term behavior of the function V=h(m), plus another sentence to describe the long-term behavior of h′(m). Provide your discussion in practical terms regarding the value of the car and the rate at which that value is changing.
정답·풀이 보기
(a) 구간 [40000,55000] 에서 h 의 평균변화율을 구하려면, 이 구간에서 h 의 값(달러)의 변화량을 m 의 값(마일)의 변화량으로 나눈다. 그러면
AV[40000,55000]=55000−40000h(55000)−h(40000)=1500013200−15500=−150002300≈−0.153
달러/마일이다. 이는 주행거리가 40000 마일에서 50000 마일까지 늘어나는 동안, 평균적으로 자동차의 가치가 주행 1마일당 0.153 달러씩 감소함을 뜻한다.
(b) 40000 과 700000 은 55000 에서 같은 거리에 있으므로, 중심차분몫을 이용하여 550000 에서 h 의 미분계수를 근사하면
h′(55000)≈70000−40000h(70000)−h(40000)=3000011100−15500=−300004400≈−0.147
달러/마일이다. 이 근삿값은 자동차가 55000 마일을 주행한 순간에 자동차의 가치가 순간변화율 1마일당 0.147 달러로 감소하고 있음을 뜻한다. 즉, 550001번째 마일을 주행하는 동안 자동차의 가치가 0.147 달러 떨어질 것으로 예상할 수 있다.
(c) 자동차의 주행거리가 쌓일수록 가치는 내려갈 것으로 예상된다. 그러나 가치 하락은 처음에 더 크고, 주행거리가 늘어 자동차가 낡을수록 그 크기가 작아질 것으로 예상해야 한다. 그렇지만 자동차의 가치는 항상 감소하며 h′(m) 은 항상 음수임에 유의하라. 따라서 m 이 증가함에 따라 h 의 변화율은 증가한다(덜 음수가 된다)고 예상할 수 있고, h′(30000)<h′(80000) 이다.
(d) 자동차의 가치는 결코 음수가 아니다. 따라서 모든 m 에 대해 h(m)≥0 임을 알 수 있다. 새 자동차는 처음에 가치가 매우 빠르게 떨어지고, 자동차가 낡고 주행거리가 늘어남에 따라 가치는 0 에 가깝게 감가된다. 그러므로 h 는 감소함수이다. 자동차의 가치는 항상 감소하므로 모든 m>0 에 대해 h′(m)<0 이다. m 이 증가함에 따라 감가 속도가 느려진다는 사실은 h′ 이 증가하는(덜 음수가 되는) 함수임을 뜻한다. h′ 이 증가하므로 h 는 아래로 볼록하다. 이 내용은 1.6절에서 더 자세히 공부할 것이다. 따라서 h 의 그래프는 x 가 양수일 때 y=e−x 의 그래프와 대체로 비슷한 모양일 수 있다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) To find the average rate of change of h on the interval [40000,55000], we divide the change in h values (in dollars) on this interval by the change in m values (in miles) to obtain
AV[40000,55000]=55000−40000h(55000)−h(40000)=1500013200−15500=−150002300≈−0.153
dollars per mile. This tells us that from the mileage of 40000 to 50000 miles, on average the car's value decreases by 0.153 dollars per mile driven.
(b) Since 40000 and 700000 are equidistant from 55000, we use the central difference quotient to approximate the derivative of h at 550000 to obtain
h′(55000)≈70000−40000h(70000)−h(40000)=3000011100−15500=−300004400≈−0.147
dollars per mile. This approximation tells us that at the instant the car has been driven 55000 miles, the car's value is decreasing at an instantaneous rate of 0.147 dollars per mile. That is, during 550001st mile, we'd expect the car's value to drop by 0.147 dollars.
(c) As we pile up miles on our car, we expect the value to go down. However, we should expect the depreciation to be more extreme at first, but less in magnitude as we drive more miles and our car gets older. Note, though, the the value of the car is always decreasing and h′(m) is always negative. Thus, we should expect that the rate of change of h is increasing (becoming less negative) as m increases and that h′(30000)<h′(80000).
(d) The value of a car is never negative. So we know that h(m)≥0 for all m. A new car decreases in value very quickly at first, and as the car gets older with more mileage, its value will depreciate to near zero. So h is a decreasing function. Since the value of our car always decreases, it follows that h′(m)<0 for all m>0. The fact that the depreciation slows as m increases implies that h′ is an increasing (getting less negative) function. Since h′ is increasing, it follows that h is bends upward; we will study this issue more in Section 1.6. So the graph of h might have the general shape of the graph of y=e−x for positive values of x.
다음 각 항목에 대해, 주어진 조건을 만족하는 함수의 예를 하나씩 드세요. 각 항목은 식이나 그래프와 함께 그 이유를 제시하면 충분합니다. 그러한 예가 불가능하면 그 이유를 설명하세요.
(a) a=2 에서 연속이지만 a=2 에서 미분가능하지 않은 함수 f.
(b) a=3 에서 미분가능하지만 a=3 에서 극한이 존재하지 않는 함수 g.
(c) a=−2 에서 극한이 존재하고 a=−2 에서 정의되지만, a=−2 에서 연속이 아닌 함수 h.
(d) 다음을 모두 만족하는 함수 p.
p(−1)=3 이고 limx→−1p(x)=2
p(0)=1 이고 p′(0)=0
limx→1p(x)=p(1) 이고 p′(1) 은 존재하지 않는다
영어 원문 보기
For each of the following prompts, give an example of a function that satisfies the stated criteria. A formula or a graph, with reasoning, is sufficient for each. If no such example is possible, explain why.
(a) A function f that is continuous at a=2 but not differentiable at a=2.
(b) A function g that is differentiable at a=3 but does not have a limit at a=3.
(c) A function h that has a limit at a=−2, is defined at a=−2, but is not continuous at a=−2.
(d) A function p that satisfies all of the following:
p(−1)=3 and limx→−1p(x)=2
p(0)=1 and p′(0)=0
limx→1p(x)=p(1) and p′(1) does not exist
정답·풀이 보기
(a) 함수 f(x)=∣x−2∣ 는 f(2)=0=limx→2f(x) 이므로 a=2 에서 연속이지만, a=2 에서 f 의 그래프가 꺾인 점이므로 a=2 에서 미분가능하지 않다.
(b) 불가능하다. 한 점에서 미분가능한 함수는 반드시 그 점에서 극한이 존재한다.
(c) x=−2 인 모든 x 에 대해 f(x)=1 이고 f(−2)=4 로 정의된 함수를 f 라 하자. 이 함수는 x→−2 일 때 극한이 1 이지만, f(−2)=4=1 이므로 a=−2 에서 연속이 아니다.
(d) 원하는 성질을 갖는 함수 p 의 한 예가 다음 그림에 나타나 있다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The function f(x)=∣x−2∣ is continuous at a=2, because f(2)=0=limx→2f(x), but not differentiable at a=2 because f has a corner point at a=2.
(b) This is impossible. Any function that is differentiable at a point must have a limit at the point.
(c) Let f be the function defined to be f(x)=1 for every value of x=−2, and such that f(−2)=4. This function has a limit of 1 as x→−2, but since f(−2)=4=1, the function is not continus at a=−2.
(d) A possible function p that has the desired properties is shown in the following figure.
(a) 그래프를 이용하여 g 가 x=0 에서 미분가능하지 않은 이유를 시각적으로 설명하세요.
(b) 도함수의 극한 정의를 이용하여 다음을 보이세요.
g′(0)=h→0limh∣h∣.
(c) (b)의 극한을 절댓값이 작은 양수와 음수 h 의 값으로 어림하여 g′(0) 의 값을 알아보세요. 예를 들어 0.01∣−0.01∣ 을 계산해 볼 수 있습니다. 0.01보다 0에 더 가까운 값을 포함하여 서로 다른 h 의 값을 (양수와 음수 모두) 여러 개 사용하세요. 이 결과는 g′(0) 에 대해 무엇을 말해 주는지 설명하세요.
(d) (a)의 그래프를 이용하여 y=g′(x) 의 대략적인 그래프를 그리세요.
영어 원문 보기
Consider the function g(x)=∣x∣.
(a) Use a graph to explain visually why g is not differentiable at x=0.
(b) Use the limit definition of the derivative to show that
g′(0)=h→0limh∣h∣.
(c) Investigate the value of g′(0) by estimating the limit in (b) using small positive and negative values of h. For instance, you might compute 0.01∣−0.01∣. Be sure to use several different values of h (both positive and negative), including ones closer to 0 than 0.01. What do your results tell you about g′(0)?
(d) Use your graph in (a) to sketch an approximate graph of y=g′(x).
정답·풀이 보기
(a) 아래 (d)의 그림에서 왼쪽에 나타난 것처럼, g 는 x=0 에서 뾰족한 꼭짓점을 가지므로 이 점에서 g 는 미분가능하지 않다.
정의에 따라 다음을 얻는다.
g′(0)=h→0limhg(0+h)−g(0)=h→0limhg(h)−g(0)=h→0limh∣h∣−∣0∣=h→0limh∣h∣
(b) 다음 표에 h 가 작은 값일 때 h∣h∣ 의 값을 기록하였다.
h
0.1
0.01
0.001
0.0001
−0.1
−0.01
−0.001
−0.0001
∥h∥/h
3.162
10
31.62
100
−3.162
−10
−31.62
−100
이 결과는 다른 관점에서도 g′(0) 이 존재하지 않음을 보여 준다. 절댓값이 작은 음수 h 에 대해 평균변화율은 음수이고 한없이 더 작아진다. 작은 양수 h 에 대해서는 평균변화율이 양수이고 한없이 증가한다. 따라서 limh→0h∣h∣ 은 존재하지 않는다.
(c) g′ 의 대략적인 그래프는 아래 그림의 오른쪽에 나타나 있다.

원본 교재 풀이(영어)
(a) As seen at left in the figure below in part (d), g has a sharp corner point at x=0, which makes g not differentiable at this point.
By definition, we know
g′(0)=h→0limhg(0+h)−g(0)=h→0limhg(h)−g(0)=h→0limh∣h∣−∣0∣=h→0limh∣h∣
(b) In the following table, we record the values of h∣h∣ for small values of h.
h
0.1
0.01
0.001
0.0001
−0.1
−0.01
−0.001
−0.0001
∥h∥/h
3.162
10
31.62
100
−3.162
−10
−31.62
−100
These results show from a different perspective that g′(0) does not exist. For small negative h values, the difference quotient is negative and getting more negative without bound. For small positive values of h, the difference quotient is positive and increasing without bound. This shows that limh→0h∣h∣ does not exist.
(c) An approximate graph of g′ is shown at right in the figure below.

f 와 g 가 미분가능한 함수이고 다음 정보가 알려져 있다고 하자: f(2)=5, g(2)=−3, f′(2)=−1/2, g′(2)=2.
(a) 새로운 함수 h 를 h(x)=3f(x)−4g(x) 로 정의하자. h(2) 와 h′(2) 를 구하세요.
(b) 점 (2,h(2)) 에서 y=h(x) 에 접하는 접선의 방정식을 구하세요.
(c) 함수 p 를 p(x)=−2f(x)+21g(x) 로 정의하자. a=2 에서 p 는 증가하는지, 감소하는지, 둘 다 아닌지 판단하세요. 그 이유는 무엇인지 설명하세요.
(d) 점 (2,p(2)) 에서 p 의 국소선형근사를 이용하여 p(2.03) 의 값을 어림하세요.
영어 원문 보기
Let f and g be differentiable functions for which the following information is known: f(2)=5, g(2)=−3, f′(2)=−1/2, g′(2)=2.
(a) Let h be the new function defined by the rule h(x)=3f(x)−4g(x). Determine h(2) and h′(2).
(b) Find an equation for the tangent line to y=h(x) at the point (2,h(2)).
(c) Let p be the function defined by the rule p(x)=−2f(x)+21g(x). Is p increasing, decreasing, or neither at a=2? Why?
(d) Estimate the value of p(2.03) by using the local linearization of p at the point (2,p(2)).
정답·풀이 보기
(a) 먼저 h(x)=3f(x)−4g(x) 이므로 h(2)=3f(2)−4g(2)=3(5)−4(−3)=27 이다. 다음으로 합의 법칙과 상수배의 법칙에 의해 h′(x)=3f′(x)−4g′(x) 이다. 따라서 주어진 미분계수 값을 이용하면 h′(2)=3f′(2)−4g′(2)=3(−1/2)−4(2)=−19/2 이다.
(b) 점 (2,h(2)) 에서의 접선의 방정식은 L(x)=h(2)+h′(2)(x−2) 이다. (a)에서 구한 값을 이용하면 L(x)=27−219(x−2) 이다.
(c) p(x)=−2f(x)+21g(x) 이므로 합의 법칙과 상수배의 법칙에 의해 p′(x)=−2f′(x)+21g′(x) 이다. x=2 에서 f 와 g 의 주어진 함숫값과 미분계수 값을 이용하면 p(2)=−2f(2)+21g(2)=−2(5)+21(−3)=−223 이고 p′(2)=−2(−21)+21(2))=2 이다. p′(2)=2>0 이므로 p 는 x=2 에서 증가한다고 결론짓는다.
(d) 먼저 a=2 에서 p 의 선형근사는 L(x)=p(2)+p′(2)(x−2)=−223+2(x−2) 이다. 이 선형근사를 이용하여 p(2.03) 을 어림하면
p(2.03)≈L(2.03)=−223+2(2.03−2)=−11.5+2(0.03)=−11.44.
원본 교재 풀이(영어)
(a) First, since h(x)=3f(x)−4g(x), we know h(2)=3f(2)−4g(2)=3(5)−4(−3)=27. Next, by the sum and constant multiple rules, h′(x)=3f′(x)−4g′(x). Hence, using the given derivative values, h′(2)=3f′(2)−4g′(2)=3(−1/2)−4(2)=−19/2.
(b) The tangent line at the point (2,h(2)) has equation L(x)=h(2)+h′(2)(x−2). Using the information determined in (a), we see L(x)=27−219(x−2).
(c) Since p(x)=−2f(x)+21g(x), it follows that p′(x)=−2f′(x)+21g′(x) by the sum and constant multiple rules. Using the given function and derivative values for f and g at x=2, we see that p(2)=−2f(2)+21g(2)=−2(5)+21(−3)=−223 and p′(2)=−2(−21)+21(2))=2. Since p′(2)=2>0, we conclude that p is increasing at x=2.
(d) First, the linearization of p at a=2 is L(x)=p(2)+p′(2)(x−2)=−223+2(x−2). Using the linearization to estimate p(2.03), we find that
p(2.03)≈L(2.03)=−223+2(2.03−2)=−11.5+2(0.03)=−11.44.