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

74문제 · 4 / 4쪽

61.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
62.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
63.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
64.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
65.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
66.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
67.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
68.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
69.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
70.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
71.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
72.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
73.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
74.Active Calculus · 1.4절 · 11번우리말 번역

함수 g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3 을 생각하세요.

(a) 도함수의 극한 정의를 이용하여 g′(x)g'(x) 의 식을 구하세요. (b) 그래픽 도구를 이용하여 y=g(x)y = g(x) 와 구한 y=g′(x)y = g'(x) 의 그래프를 함께 그리세요. 구한 g′(x)g'(x) 의 식이 예상한 그래프를 만들어 내나요? (c) 도함수의 극한 정의를 이용하여 p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12 일 때 p′(x)p'(x) 의 식을 구하세요. (d) 구한 g′(x)g'(x) 와 p′(x)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+3g(x) = x^2 - x + 3.

(a) Use the limit definition of the derivative to determine a formula for g′(x)g'(x). (b) Use a graphing utility to plot both y=g(x)y = g(x) and your result for y=g′(x)y = g'(x); does your formula for g′(x)g'(x) generate the graph you expected? (c) Use the limit definition of the derivative to find a formula for p′(x)p'(x) where p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12. (d) Compare and contrast the formulas for g′(x)g'(x) and p′(x)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)=lim⁡h→0g(x+h)−g(x)h=lim⁡h→0(x+h)2−(x+h)+3−(x2−x+3)h=lim⁡h→0x2+2xh+h2−x−h+3−x2+x−3h=lim⁡h→02xh+h2−hh=lim⁡h→0h(2x+h−1)h=lim⁡h→0(2x+h−1)=2x−1 .\begin{aligned}g'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{g(x+h)-g(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{(x+h)^2 - (x+h) + 3 - (x^2 - x + 3)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{x^2 + 2xh + h^2 - x-h + 3 - x^2 + x - 3}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{2xh + h^2 - h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(2x + h - 1)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (2x + h - 1) \\ &= 2x - 1\end{aligned}\,. (b) 원래의 이차함수 g(x) = x 2 - x + 3 과 그 도함수 g&#39;(x) = 2x - 1 의 그래프이다. 그래프에서 g&#39;(x) 가 x축과 만나는 위치는 g(x) 가 수평 위 그림에는 gg 와 g′g' 의 그래프가 함께 그려져 있다. 점 (0.5,2.75)(0.5, 2.75) 는 이차함수 gg 의 꼭짓점이고, 이 점에서 g(x)g(x) 의 접선의 기울기는 0 이다. 이는 y=g′(x)y=g'(x) 가 xx축과 만나는 점 (0.5,0)(0.5, 0) 과 일치한다. 또한 x<0.5x < 0.5 일 때 g′(x)g'(x) 는 음수인데, 이는 gg 가 감소하고 접선의 기울기가 음수인 구간에 해당한다. 마찬가지로 x>0.5x > 0.5 일 때 g′g' 의 값은 양수이며, 이는 원래 함수 gg 에서 볼 수 있는 기울기의 값과 일치한다. (c) 정의에 의하여 p′(x)=lim⁡h→0p(x+h)−p(x)h=lim⁡h→05(x+h)2−4(x+h)+12−(5x2−4x+12)h=lim⁡h→05x2+10xh+5h2−4x−4h+12−5x2+4x−12h=lim⁡h→010xh+5h2−4hh=lim⁡h→0h(10x+5h−4)h=lim⁡h→0(10x+5h−4)=10x−4 .\begin{aligned}p'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{p(x+h)-p(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5(x+h)^2 - 4(x+h) + 12 - (5x^2 - 4x + 12)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5x^2 + 10xh + 5h^2 - 4x-4h + 12 - 5x^2 + 4x - 12}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{10xh + 5h^2 - 4h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(10x + 5h - 4)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (10x + 5h - 4) \\ &= 10x - 4\end{aligned}\,. (d) g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3 에 대하여 g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1 임을 구하였다. p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12 에 대하여 p′(x)=10x−4p'(x) = 10x - 4 임을 구하였다. 상수 33 과 1212 는 결과에 전혀 영향을 주지 않는 것으로 보이는데, 이 수들은 gg 와 pp 의 그래프를 세로 방향으로 평행이동할 뿐 기울기는 전혀 바꾸지 않으므로 타당하다. p(x)p(x) 의 일차항의 계수 −4-4 는 p′(x)=10x−4p'(x)= 10x - 4 에서 “−4-4”로 나타나는 것으로 보인다. 이 또한, 일차함수 L(x)=−4xL(x) = -4x 만 생각하면 기울기가 어디서나 −4-4 라는 사실에 비추어 타당하다. 이는 g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3 의 일차항의 계수 −1-1 이 g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1 에서 상수 −1-1 로 나타나는 것과 대비된다. 마지막으로, (x)=5x2−4x+12(x) = 5x^2 - 4x + 12 의 최고차항의 계수 55 는 p′(x)=10x−4p'(x) = 10x -4 에서 계수 “1010”이 되게 한다. 이는 y=5x2y = 5x^2 만 생각하면 55 때문에 그래프가 y=x2y = x^2 의 그래프보다 55배 가파르게 되어 도함수에도 그만큼 비례하여 영향을 주기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) By definition, g′(x)=lim⁡h→0g(x+h)−g(x)h=lim⁡h→0(x+h)2−(x+h)+3−(x2−x+3)h=lim⁡h→0x2+2xh+h2−x−h+3−x2+x−3h=lim⁡h→02xh+h2−hh=lim⁡h→0h(2x+h−1)h=lim⁡h→0(2x+h−1)=2x−1 .\begin{aligned}g'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{g(x+h)-g(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{(x+h)^2 - (x+h) + 3 - (x^2 - x + 3)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{x^2 + 2xh + h^2 - x-h + 3 - x^2 + x - 3}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{2xh + h^2 - h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(2x + h - 1)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (2x + h - 1) \\ &= 2x - 1\end{aligned}\,. (b) A plot of the original quadratic function g(x) = x 2 - x + 3 along with its derivative, g&#39;(x) = 2x - 1. In the graph, we notice how g&#39;(x) crosses the x-axis at the same location where g(x) has a horiz In the above figure, we see plots of both gg and g′g'. We observe that the point (0.5,2.75)(0.5, 2.75) is the vertex of the quadratic function gg, and at this point the slope of the tangent line to g(x)g(x) is zero. This aligns with the point (0.5,0)(0.5, 0) where y=g′(x)y=g'(x) crosses the xx-axis. In addition, we note that g′(x)g'(x) is negative for x<0.5x < 0.5, which corresponds to where gg is decreasing and has tangent lines with slopes that are negative. Similarly, the values of g′g' are positive for x>0.5x > 0.5, which align with the values of slopes we see on the original function gg. (c) By definition, p′(x)=lim⁡h→0p(x+h)−p(x)h=lim⁡h→05(x+h)2−4(x+h)+12−(5x2−4x+12)h=lim⁡h→05x2+10xh+5h2−4x−4h+12−5x2+4x−12h=lim⁡h→010xh+5h2−4hh=lim⁡h→0h(10x+5h−4)h=lim⁡h→0(10x+5h−4)=10x−4 .\begin{aligned}p'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{p(x+h)-p(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5(x+h)^2 - 4(x+h) + 12 - (5x^2 - 4x + 12)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5x^2 + 10xh + 5h^2 - 4x-4h + 12 - 5x^2 + 4x - 12}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{10xh + 5h^2 - 4h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(10x + 5h - 4)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (10x + 5h - 4) \\ &= 10x - 4\end{aligned}\,. (d) For g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3, we found that g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1. For p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12, we determined that p′(x)=10x−4p'(x) = 10x - 4. The constants 33 and 1212 don't seem to affect the results at all, and that makes sense because those numbers only serve to shift the graphs of gg and pp vertically, which does nothing to change the slope. The coefficient −4-4 on the linear term in p(x)p(x) appears to make the “−4-4” appear in p′(x)=10x−4p'(x)= 10x - 4. That, too, makes sense in light of the fact that if we considered only the linear function L(x)=−4xL(x) = -4x, the slope would everywhere be −4-4, in contrast to the coefficent −1-1 found on the linear term in g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3, which leads to the constant −1-1 in g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1. Finally, the leading coefficient 55 in (x)=5x2−4x+12(x) = 5x^2 - 4x + 12 leads to the coefficient of “1010” in p′(x)=10x−4p'(x) = 10x -4. This makes sense because if we considered only y=5x2y = 5x^2, the 55 would make the graph 55 times as steep as the graph of y=x2y = x^2, and thus it affects the derivative proportionately.

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