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

10문제 · 1 / 1쪽

1.OpenStax 1권 · 3.2절 · 21번우리말 번역

다음 함수에 대하여,

a. 그래프를 그리고 b. 미분계수의 정의를 이용하여 함수가 x=1x=1 에서 미분가능하지 않음을 보이세요.

f(x)={2x,0≤x≤13x−1,x>1f(x)=\left\{\begin{array}{l}2\sqrt{x},0\le x\le 1 \\ 3x-1,x>1\end{array}\right.

영어 원문 보기

For the following functions,

a. sketch the graph and b. use the definition of a derivative to show that the function is not differentiable at x=1.x=1.

f(x)={2x,0≤x≤13x−1,x>1f(x)=\left\{\begin{array}{l}2\sqrt{x},0\le x\le 1 \\ 3x-1,x>1\end{array}\right.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 24번
# 도함수의 뜻증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.OpenStax 1권 · 3.2절 · 22번우리말 번역

다음 함수에 대하여,

a. 그래프를 그리고 b. 미분계수의 정의를 이용하여 함수가 x=1x=1 에서 미분가능하지 않음을 보이세요.

f(x)={3,x<13x,x≥1f(x)=\left\{\begin{array}{l}3,x<1 \\ 3x,x\ge 1\end{array}\right.

영어 원문 보기

For the following functions,

a. sketch the graph and b. use the definition of a derivative to show that the function is not differentiable at x=1.x=1.

f(x)={3,x<13x,x≥1f(x)=\left\{\begin{array}{l}3,x<1 \\ 3x,x\ge 1\end{array}\right.

정답·풀이 보기

a.

함수는 점 (1, 3)에 이르기까지 y = 3인 직선이고, 그 점부터는 기울기가 3인 직선으로 증가한다.

b. lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−3−3h=0\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{3-3}{h}=0 lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+3(1+h)−3(1)h=lim⁡h→0+3hh=3\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{3(1+h)-3(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{3h}{h}=3 lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h≠lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}\ne \lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} 이므로 lim⁡h→0f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to 0}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} 은 존재하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

a.

The function is linear at y = 3 until it reaches (1, 3), at which point it increases as a line with slope 3.

b. lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−3−3h=0\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{3-3}{h}=0 lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+3(1+h)−3(1)h=lim⁡h→0+3hh=3\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{3(1+h)-3(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{3h}{h}=3 lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h≠lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}\ne \lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}, so lim⁡h→0f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to 0}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} does not exist.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 2번
# 도함수의 뜻증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.OpenStax 1권 · 3.2절 · 23번우리말 번역

다음 함수에 대하여,

a. 그래프를 그리고 b. 미분계수의 정의를 이용하여 함수가 x=1x=1 에서 미분가능하지 않음을 보이세요.

f(x)={−x2+2,x≤1x,x>1f(x)=\left\{\begin{array}{l}-{x}^{2}+2,x\le 1 \\ x,x>1\end{array}\right.

영어 원문 보기

For the following functions,

a. sketch the graph and b. use the definition of a derivative to show that the function is not differentiable at x=1.x=1.

f(x)={−x2+2,x≤1x,x>1f(x)=\left\{\begin{array}{l}-{x}^{2}+2,x\le 1 \\ x,x>1\end{array}\right.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.2절 · 6번
# 도함수의 뜻증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.OpenStax 1권 · 3.2절 · 24번우리말 번역

다음 함수에 대하여,

a. 그래프를 그리고 b. 미분계수의 정의를 이용하여 함수가 x=1x=1 에서 미분가능하지 않음을 보이세요.

f(x)={2x,x≤12x,x>1f(x)=\left\{\begin{array}{l}2x,x\le 1 \\ \frac{2}{x},x>1\end{array}\right.

영어 원문 보기

For the following functions,

a. sketch the graph and b. use the definition of a derivative to show that the function is not differentiable at x=1.x=1.

f(x)={2x,x≤12x,x>1f(x)=\left\{\begin{array}{l}2x,x\le 1 \\ \frac{2}{x},x>1\end{array}\right.

정답·풀이 보기

a.

함수는 제3사분면에서 직선으로 시작하여 기울기 2로 원점을 지나고, 이어서 (1, 2)에서부터는 2/x를 따라 아래로 볼록하게 감소한다.

b. lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−2(1+h)−2h=lim⁡h→0−2hh=lim⁡h→0−2=2\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{2(1+h)-2}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{2h}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}2=2 lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+21+h−21h=lim⁡h→0+2−2(1+h)1+hh=lim⁡h→0+−2hh(1+h)=lim⁡h→0+−21+h=−2\begin{array}{cc}\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{\frac{2}{1+h}-\frac{2}{1}}{h} \\ & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{\frac{2-2(1+h)}{1+h}}{h} \\ & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{-2h}{h(1+h)} \\ & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{-2}{1+h} \\ & =-2\end{array} lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h≠lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}\ne \lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} 이므로 lim⁡h→0f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to 0}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} 은 존재하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

a.

The function starts in the third quadrant as a straight line and passes through the origin with slope 2; then at (1, 2) it decreases convexly as 2/x.

b. lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−2(1+h)−2h=lim⁡h→0−2hh=lim⁡h→0−2=2\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{2(1+h)-2}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{2h}{h}=\lim_{h\to {0}^{-}}2=2 lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+21+h−21h=lim⁡h→0+2−2(1+h)1+hh=lim⁡h→0+−2hh(1+h)=lim⁡h→0+−21+h=−2\begin{array}{cc}\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{\frac{2}{1+h}-\frac{2}{1}}{h} \\ & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{\frac{2-2(1+h)}{1+h}}{h} \\ & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{-2h}{h(1+h)} \\ & =\lim_{h\to {0}^{+}}\frac{-2}{1+h} \\ & =-2\end{array} lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h≠lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to {0}^{-}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}\ne \lim_{h\to {0}^{+}}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}, so lim⁡h→0f(1+h)−f(1)h\lim_{h\to 0}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} does not exist.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.2절 · 1번
# 도함수의 뜻증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
5.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
6.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
7.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
8.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
9.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
10.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
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