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

138문제 · 7 / 7쪽

121.CLP-1 · 2.6절 · 4번우리말 번역

s(t)=3t4+5t3−1ts(t)=3t^4+5t^3-\frac{1}{t} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate s(t)=3t4+5t3−1ts(t)=3t^4+5t^3-\frac{1}{t}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

각 항이 tt 의 거듭제곱이 되도록 식을 조금 바꿔 쓸 수 있다:

s(t)=3t4+5t3−t−1s′(t)=4⋅3t3+3⋅5t2−(−1)⋅t−2=12t3+15t2+1t2\begin{aligned} s(t)&=3t^4+5t^3-t^{-1}\\ s'(t)&=4\cdot 3t^{3}+3\cdot 5t^2-(-1)\cdot t^{-2}\\ &=12t^3+15t^2+\frac{1}{t^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We can rewrite slightly to make every term into a power of tt:

s(t)=3t4+5t3−t−1s′(t)=4⋅3t3+3⋅5t2−(−1)⋅t−2=12t3+15t2+1t2\begin{aligned} s(t)&=3t^4+5t^3-t^{-1}\\ s'(t)&=4\cdot 3t^{3}+3\cdot 5t^2-(-1)\cdot t^{-2}\\ &=12t^3+15t^2+\frac{1}{t^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 5번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
122.CLP-1 · 2.6절 · 5번우리말 번역

x(y)=(2y+1y)⋅y3x(y) = \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate x(y)=(2y+1y)⋅y3x(y) = \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3.

정답·풀이 보기

여기서 곱의 미분법을 쓸 수도 있지만, 먼저 간단히 하는 편이 더 쉽다. xx 와 yy 의 역할이 바뀐 것에 혼동하지 말자. xx 는 함수의 이름이고, yy 는 변수이다.

x(y)=(2y+1y)⋅y3=2y4+y2x′(y)=8y3+2y\begin{aligned} x(y) &= \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3\\ &=2y^4+y^2\\ x'(y)&=8y^3+2y \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We could use the product rule here, but it's easier to simplify first. Don't be confused by the role reversal of xx and yy: xx is the name of the function, and yy is the variable.

x(y)=(2y+1y)⋅y3=2y4+y2x′(y)=8y3+2y\begin{aligned} x(y) &= \left(2y+\frac{1}{y}\right)\cdot y^3\\ &=2y^4+y^2\\ x'(y)&=8y^3+2y \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 6번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
123.CLP-1 · 2.6절 · 6번우리말 번역

T(x)=x+1x2+3T(x) = \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate T(x)=x+1x2+3T(x) = \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3}.

정답·풀이 보기

ddx{x}=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2\sqrt{x}} 임은 이미 보았지만, 이 공식을 잊어버렸더라도 쉽게 알아낼 수 있다: x=x1/2\sqrt{x}=x^{1/2} 이므로 ddx{x}=12x−1/2=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2}x^{-1/2}=\frac{1}{2\sqrt{x}} 이다.

몫의 미분법을 사용하면:

T(x)=x+1x2+3T′(x)=(x2+3)(12x)−(x+1)(2x)(x2+3)2\begin{aligned} T(x) &= \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3}\\ T'(x)&=\frac{(x^2+3)\left(\frac{1}{2\sqrt{x}}\right)-(\sqrt{x}+1)(2x)}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We've already seen that ddx{x}=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2\sqrt{x}}, but if you forget this formula it is easy to figure out: x=x1/2\sqrt{x}=x^{1/2}, so ddx{x}=12x−1/2=12x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sqrt{x}\}=\frac{1}{2}x^{-1/2}=\frac{1}{2\sqrt{x}}.

Using the quotient rule:

T(x)=x+1x2+3T′(x)=(x2+3)(12x)−(x+1)(2x)(x2+3)2\begin{aligned} T(x) &= \dfrac{\sqrt{x}+1}{x^2+3}\\ T'(x)&=\frac{(x^2+3)\left(\frac{1}{2\sqrt{x}}\right)-(\sqrt{x}+1)(2x)}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 7번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
124.CLP-1 · 2.6절 · 7번우리말 번역

(7x+2x2+3)\left(\dfrac{7x+2}{x^2+3}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (7x+2x2+3)\left(\dfrac{7x+2}{x^2+3}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 사용한다:

(x2+3)⋅7−2x⋅(7x+2)(x2+3)2=21−4x−7x2(x2+3)2\begin{aligned} \frac{(x^2+3)\cdot 7 - 2x\cdot (7x+2)}{(x^2+3)^2}=\frac{21 - 4x - 7x^2}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

(x2+3)⋅7−2x⋅(7x+2)(x2+3)2=21−4x−7x2(x2+3)2\begin{aligned} \frac{(x^2+3)\cdot 7 - 2x\cdot (7x+2)}{(x^2+3)^2}=\frac{21 - 4x - 7x^2}{(x^2+3)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 17번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
125.CLP-1 · 2.6절 · 8번우리말 번역

f(x)=(3x3+4x2+x+1)(2x+5)f(x)=(3x^3+4x^2+x+1)(2x+5) 일 때, f′(0)f'(0) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

What is f′(0)f'(0), when f(x)=(3x3+4x2+x+1)(2x+5)f(x)=(3x^3+4x^2+x+1)(2x+5)?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

이 다항식을 곱하여 보통의 꼴로 나타내는 대신, 곱의 미분법을 사용할 수 있다. f1(x)=3x3+4x2+x+1f_1(x)=3x^3+4x^2+x+1 이고 f2(x)=2x+5f_2(x)=2x+5 이면 f1′(x)=9x2+8x+1f_1'(x)=9x^2+8x+1 이고 f2′(x)=2f_2'(x)=2 이다. 그러면

f′(0)=f1′(0)f2(0)+f1(0)f2′(0)=(1)(5)+(1)(2)=7\begin{aligned} f'(0)&=f_1'(0)f_2(0)+f_1(0)f_2'(0)\\ &=(1)(5)+(1)(2)=7\end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Instead of multiplying to get our usual form of this polynomial, we can use the product rule. If f1(x)=3x3+4x2+x+1f_1(x)=3x^3+4x^2+x+1 and f2(x)=2x+5f_2(x)=2x+5, then f1′(x)=9x2+8x+1f_1'(x)=9x^2+8x+1 and f2′(x)=2f_2'(x)=2. Then

f′(0)=f1′(0)f2(0)+f1(0)f2′(0)=(1)(5)+(1)(2)=7\begin{aligned} f'(0)&=f_1'(0)f_2(0)+f_1(0)f_2'(0)\\ &=(1)(5)+(1)(2)=7\end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 9번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
126.CLP-1 · 2.6절 · 9번우리말 번역

f(x)=3x3+1x2+5xf(x)=\dfrac{3x^3+1}{x^2+5x} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=3x3+1x2+5xf(x)=\dfrac{3x^3+1}{x^2+5x}.

정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용하면 f′(x)=(x2+5x)(9x2)−(3x3+1)(2x+5)(x2+5x)2=3x4+30x3−2x−5(x2+5x)2f'(x) = \frac{(x^2+5x)(9x^2)-(3x^3+1)(2x+5)}{(x^2+5x)^2} = \frac{3x^4+30x^3-2x-5}{(x^2+5x)^2}

원본 교재 풀이(영어)

Using the quotient rule, f′(x)=(x2+5x)(9x2)−(3x3+1)(2x+5)(x2+5x)2=3x4+30x3−2x−5(x2+5x)2f'(x) = \frac{(x^2+5x)(9x^2)-(3x^3+1)(2x+5)}{(x^2+5x)^2} = \frac{3x^4+30x^3-2x-5}{(x^2+5x)^2}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 19번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
127.CLP-1 · 2.6절 · 10번우리말 번역

(3x2+52−x)\left(\dfrac{3x^2+5}{2-x}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (3x2+52−x)\left(\dfrac{3x^2+5}{2-x}\right)

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용한다:

(2−x)(6x)−(3x2+5)(−1)(2−x)2=−3x2+12x+5(x−2)2\begin{aligned} \frac{(2-x)(6x)-(3x^2+5)(-1)}{(2-x)^2}=\frac{-3x^2+12x+5}{(x-2)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

(2−x)(6x)−(3x2+5)(−1)(2−x)2=−3x2+12x+5(x−2)2\begin{aligned} \frac{(2-x)(6x)-(3x^2+5)(-1)}{(2-x)^2}=\frac{-3x^2+12x+5}{(x-2)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.1절 · 8번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
128.CLP-1 · 2.6절 · 11번우리말 번역

(2−x23x2+5)\left(\dfrac{2-x^2}{3x^2+5}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (2−x23x2+5)\left(\dfrac{2-x^2}{3x^2+5}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용한다:

(3x2+5)(−2x)−(2−x2)(6x)(3x2+5)2=−22x(3x2+5)2\begin{aligned} \frac{(3x^2+5)(-2x) - (2-x^2)(6x)}{(3x^2+5)^2}=\frac{-22x}{(3x^2+5)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

(3x2+5)(−2x)−(2−x2)(6x)(3x2+5)2=−22x(3x2+5)2\begin{aligned} \frac{(3x^2+5)(-2x) - (2-x^2)(6x)}{(3x^2+5)^2}=\frac{-22x}{(3x^2+5)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 10번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
129.CLP-1 · 2.6절 · 12번우리말 번역

(2x3+1x+2)\left(\dfrac{2x^3+1}{x+2}\right) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Compute the derivative of (2x3+1x+2)\left(\dfrac{2x^3+1}{x+2}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

몫의 미분법을 이용한다:

6x2⋅(x+2)−(2x3+1)⋅1(x+2)2=4x3+12x2−1(x+2)2\begin{aligned} \frac{6x^2\cdot (x+2)-(2x^3+1)\cdot 1}{(x+2)^2}=\frac{4x^3+12x^2-1}{(x+2)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use quotient rule:

6x2⋅(x+2)−(2x3+1)⋅1(x+2)2=4x3+12x2−1(x+2)2\begin{aligned} \frac{6x^2\cdot (x+2)-(2x^3+1)\cdot 1}{(x+2)^2}=\frac{4x^3+12x^2-1}{(x+2)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.1절 · 10번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
130.CLP-1 · 2.6절 · 13번우리말 번역

xx 의 어떤 값에서 x1−x2\dfrac{\sqrt{x}}{1-x^2} 의 도함수가 존재하는지 구하세요. 답을 설명하세요.

영어 원문 보기

For what values of xx does the derivative of x1−x2\dfrac{\sqrt{x}}{1-x^2} exist? Explain your answer.

정답·풀이 보기

이 함수의 도함수는

(1−x2)⋅12x−x⋅(−2x)(1−x2)2=(1−x2)−2x⋅(−2x)2x(1−x2)2\begin{aligned} \frac{(1-x^2)\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}} - \sqrt{x} \cdot (-2x)}{(1-x^2)^2} &= \frac{(1-x^2) - 2x \cdot (-2x)}{2\sqrt{x}(1-x^2)^2} \end{aligned}

이다.

도함수는 x<0x<0 이거나 x=0,±1x = 0,\pm 1 이면 정의되지 않는다 (제곱근은 x<0x<0 일 때 정의되지 않고, 분모는 x=0,1,−1x=0,1,-1 일 때 0이 되기 때문이다. 이를 종합하면 도함수는 x>0,x≠1x>0, x\neq 1 일 때 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

The derivative of the function is

(1−x2)⋅12x−x⋅(−2x)(1−x2)2=(1−x2)−2x⋅(−2x)2x(1−x2)2\begin{aligned} \frac{(1-x^2)\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}} - \sqrt{x} \cdot (-2x)}{(1-x^2)^2} &= \frac{(1-x^2) - 2x \cdot (-2x)}{2\sqrt{x}(1-x^2)^2} \end{aligned}

The derivative is undefined if either x<0x<0 or x=0,±1x = 0,\pm 1 (since the square-root is undefined for x<0x<0 and the denominator is zero when x=0,1,−1x=0,1,-1. Putting this together — the derivative exists for x>0,x≠1x>0, x\neq 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.1절 · 11번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
131.CLP-1 · 2.6절 · 14번우리말 번역

f(x)=(3x5+15x3+8)(3x2+8x−5)f(x)=\left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(3x^2+8x-5\right) 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(3x5+15x3+8)(3x2+8x−5)f(x)=\left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(3x^2+8x-5\right).

정답·풀이 보기

곱의 미분법을 쓰는 것이 전개하는 것보다 빠른 것 같다.

f′(x)=ddx{3x5+15x3+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=ddx{3x15+15x13+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=(35x−45+5x−23)(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)(6x+8)\begin{aligned} f'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3{x}^{\frac{1}{5}}+15{x}^{\frac{1}{3}}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\left(\frac{3}{5}{x}^{\frac{-4}{5}}+5{x}^{\frac{-2}{3}}\right)\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(6x+8\right) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Using the product rule seems faster than expanding.

f′(x)=ddx{3x5+15x3+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=ddx{3x15+15x13+8}(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)ddx{3x2+8x−5}=(35x−45+5x−23)(3x2+8x−5)+(3x5+15x3+8)(6x+8)\begin{aligned} f'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3{x}^{\frac{1}{5}}+15{x}^{\frac{1}{3}}+8\right\}\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{3x^2+8x-5\right\}\\ &=\left(\frac{3}{5}{x}^{\frac{-4}{5}}+5{x}^{\frac{-2}{3}}\right)\left(3x^2+8x-5\right)+ \left(3\sqrt[5]{x}+15\sqrt[3]{x}+8\right)\left(6x+8\right) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 3번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
132.CLP-1 · 2.6절 · 15번우리말 번역

f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)xf(x)=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)xf(x)=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x}.

정답·풀이 보기

몫의 미분법을 피하기 위해 분모로 나누어 식을 정리할 수 있다.

f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x−1/2+x−2/3)이제, 곱의 미분법:f′(x)=(2x+5)(x−1/2+x−2/3)+(x2+5x+1)(−12x−3/2−23x−5/3)\begin{aligned} f(x)&=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x} =(x^2+5x+1)\dfrac{(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x}\\ &=(x^2+5x+1)(x^{-1/2}+x^{-2/3}) \\ \text{이제, 곱의 미분법:} \\ f'(x)&=(2x+5)(x^{-1/2}+x^{-2/3})+(x^2+5x+1)\left(\frac{-1}{2}x^{-3/2}-\frac{2}{3}x^{-5/3}\right) \end{aligned}

(다르게 간단히 했거나 몫의 미분법을 사용했다면 아마 다른 모양의 답을 얻었을 것이다. 그러나 도함수는 하나뿐이므로, 올바른 답은 모두 충분히 식을 정리하면 같은 모양이 된다.)

원본 교재 풀이(영어)

To avoid the quotient rule, we can divide through the denominator:

f(x)=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x+x3)x=(x2+5x+1)(x−1/2+x−2/3)Now, product rule:f′(x)=(2x+5)(x−1/2+x−2/3)+(x2+5x+1)(−12x−3/2−23x−5/3)\begin{aligned} f(x)&=\dfrac{(x^2+5x+1)(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x} =(x^2+5x+1)\dfrac{(\sqrt{x}+\sqrt[3]{x})}{x}\\ &=(x^2+5x+1)(x^{-1/2}+x^{-2/3}) \\ \text{Now, product rule:} \\ f'(x)&=(2x+5)(x^{-1/2}+x^{-2/3})+(x^2+5x+1)\left(\frac{-1}{2}x^{-3/2}-\frac{2}{3}x^{-5/3}\right) \end{aligned}

(If you simplified differently, or used the quotient rule, you probably came up with a different-looking answer. There is only one derivative, though, so all correct answers will look the same after sufficient algebraic manipulation.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 14번
# 다항함수의 미분법계산보통자동 분류
133.CLP-1 · 2.6절 · 17번우리말 번역

두 곡선 y=x2y = x^2 과 y=x2−2x+2y = x^2 - 2x + 2 에 (서로 다른 점에서) 모두 접하는 직선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find an equation of a line that is tangent to both of the curves y=x2y = x^2 and y=x2−2x+2y = x^2 - 2x + 2 (at different points).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

공통접선의 기울기를 mm, y=x2y=x^2 과의 접점을 (x1,y1)(x_1,y_1), y=x2−2x+2y=x^2-2x+2 와의 접점을 (x2,y2)(x_2,y_2) 라 하자. 그러면 다음이 성립해야 한다. y1=x12y2=x22−2x2+2m=2x1=2x2−2=y2−y1x2−x1y_1=x_1^2\qquad y_2=x_2^2-2x_2+2\qquad m=2x_1=2x_2-2=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} “mm” 에 관한 등식들로부터 x1=m2x_1=\frac{m}{2}, x2=m2+1x_2=\frac{m}{2}+1 이고

m=y2−y1x2−x1=y2−y1=x22−2x2+2−x12=(x2−x1)(x2+x1)−2(x2−1)=(m2+1−m2)(m2+1+m2)−2(m2+1−1)=(1)(m+1)−2m2=1따라서,   m=1,x1=12,y1=14,x2=32,y2=94−3+2=54\begin{aligned} m&=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\\ &=y_2-y_1\\ &=x_2^2-2x_2+2-x_1^2\\ \\& =(x_2-x_1)(x_2+x_1)-2(x_2-1)\\ &=\left(\frac{m}{2}+1-\frac{m}{2}\right)\left(\frac{m}{2}+1+\frac{m}{2}\right) -2\left(\frac{m}{2}+1-1\right) \\ &=(1)(m+1)-2\frac{m}{2}\\ &=1\\ \text{따라서,}~~~m&=1,\qquad x_1=\tfrac{1}{2},\qquad y_1=\frac{1}{4},\qquad x_2=\frac{3}{2},\qquad y_2=\frac{9}{4}-3+2=\frac{5}{4} \end{aligned}

공통접선의 방정식은 y=x−14y=x-\frac{1}{4} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Denote by mm the slope of the common tangent, by (x1,y1)(x_1,y_1) the point of tangency with y=x2y=x^2, and by (x2,y2)(x_2,y_2) the point of tangency with y=x2−2x+2y=x^2-2x+2. Then we must have y1=x12y2=x22−2x2+2m=2x1=2x2−2=y2−y1x2−x1y_1=x_1^2\qquad y_2=x_2^2-2x_2+2\qquad m=2x_1=2x_2-2=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} From the “mm” equations we get x1=m2x_1=\frac{m}{2}, x2=m2+1x_2=\frac{m}{2}+1 and

m=y2−y1x2−x1=y2−y1=x22−2x2+2−x12=(x2−x1)(x2+x1)−2(x2−1)=(m2+1−m2)(m2+1+m2)−2(m2+1−1)=(1)(m+1)−2m2=1So,   m=1,x1=12,y1=14,x2=32,y2=94−3+2=54\begin{aligned} m&=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\\ &=y_2-y_1\\ &=x_2^2-2x_2+2-x_1^2\\ \\& =(x_2-x_1)(x_2+x_1)-2(x_2-1)\\ &=\left(\frac{m}{2}+1-\frac{m}{2}\right)\left(\frac{m}{2}+1+\frac{m}{2}\right) -2\left(\frac{m}{2}+1-1\right) \\ &=(1)(m+1)-2\frac{m}{2}\\ &=1\\ \text{So,}~~~m&=1,\qquad x_1=\tfrac{1}{2},\qquad y_1=\frac{1}{4},\qquad x_2=\frac{3}{2},\qquad y_2=\frac{9}{4}-3+2=\frac{5}{4} \end{aligned}

An equation of the common tangent is y=x−14y=x-\frac{1}{4}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 1번
# 다항함수의 미분법계산도전자동 분류
134.CLP-1 · 2.6절 · 18번우리말 번역

두 곡선 y=x2y=x^2 과 y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5 에 모두 접하는 직선을 모두 구하세요. 답을 그래프로 그려 나타내세요.

영어 원문 보기

Find all lines that are tangent to both of the curves y=x2y=x^2 and y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5. Illustrate your answer with a sketch.

정답·풀이 보기

직선 y=mx+by=mx+b 가 x=αx=\alpha 에서 y=x2y=x^2 에 접할 조건은 2α=m 그리고 α2=mα+b  ⟺  m=2α 그리고 b=−α22\alpha=m\text{ 그리고 }\alpha^2=m\alpha+b \iff m=2\alpha\text{ 그리고 }b=-\alpha^2 이다. 같은 직선 y=mx+by=mx+b 가 x=βx=\beta 에서 y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5 에 접할 조건은

−2β+2=m 그리고 −β2+2β−5=mβ+b  ⟺  m=2−2β 그리고 b=−β2+2β−5−(2−2β)β=β2−5\begin{aligned} -2\beta+2=m&\text{ 그리고 }-\beta^2+2\beta-5=m\beta+b\\ \iff m=2-2\beta&\text{ 그리고 }b=-\beta^2+2\beta-5-(2-2\beta)\beta=\beta^2-5 \end{aligned}

이다. 직선이 두 포물선에 동시에 접하려면 m=2α=2−2β 그리고 b=−α2=β2−5m=2\alpha=2-2\beta\text{ 그리고 }b=-\alpha^2=\beta^2-5 이어야 한다. α=1−β\alpha=1-\beta 를 −α2=β2−5-\alpha^2=\beta^2-5 에 대입하면 −(1−β)2=β2−5-(1-\beta)^2=\beta^2-5, 즉 2β2−2β−4=02\beta^2-2\beta-4=0 이므로 β=−1,2\beta=-1,2 이다. 이에 대응하는 나머지 값은 α=2,−1\alpha=2,-1, m=4,−2m=4,-2, b=−4,−1b=-4,-1 이다. 따라서 두 직선은 y=4x−4y=4x-4 와 y=−2x−1y=-2x-1 이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

The line y=mx+by=mx+b is tangent to y=x2y=x^2 at x=αx=\alpha if 2α=m and α2=mα+b  ⟺  m=2α and b=−α22\alpha=m\text{ and }\alpha^2=m\alpha+b \iff m=2\alpha\text{ and }b=-\alpha^2 The same line y=mx+by=mx+b is tangent to y=−x2+2x−5y=-x^2+2x-5 at x=βx=\beta if

−2β+2=m and −β2+2β−5=mβ+b  ⟺  m=2−2β and b=−β2+2β−5−(2−2β)β=β2−5\begin{aligned} -2\beta+2=m&\text{ and }-\beta^2+2\beta-5=m\beta+b\\ \iff m=2-2\beta&\text{ and }b=-\beta^2+2\beta-5-(2-2\beta)\beta=\beta^2-5 \end{aligned}

For the line to be simultaneously tangent to the two parabolas we need m=2α=2−2β and b=−α2=β2−5m=2\alpha=2-2\beta\text{ and }b=-\alpha^2=\beta^2-5 Substituting α=1−β\alpha=1-\beta into −α2=β2−5-\alpha^2=\beta^2-5 gives −(1−β)2=β2−5-(1-\beta)^2=\beta^2-5 or 2β2−2β−4=02\beta^2-2\beta-4=0 or β=−1,2\beta=-1,2. The corresponding values of the other parameters are α=2,−1\alpha=2,-1, m=4,−2m=4,-2 and b=−4,−1b=-4,-1. The two lines are y=4x−4y=4x-4 and y=−2x−1y=-2x-1.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.3절 · 4번
# 다항함수의 미분법그래프·표 해석도전자동 분류
135.CLP-1 · 2.6절 · 19번우리말 번역

lim⁡x→2(x2015−22015x−2)\displaystyle \lim_{x\to 2}\left( \dfrac{x^{2015}-2^{2015}}{x-2}\right) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→2(x2015−22015x−2).\displaystyle \lim_{x\to 2}\left( \dfrac{x^{2015}-2^{2015}}{x-2}\right).

정답·풀이 보기

이 극한은 함수 f(x)=x2015f(x)=x^{2015} 의 x=2x=2 에서의 미분계수를 나타낸다. 이는 a=2a=2, f(x)=x2015f(x)=x^{2015} 에 미분계수의 정의를 그대로 적용하면 확인할 수 있다.

ddx{f(x)}∣a=lim⁡x→af(x)−f(a)x−addx{x2015}∣2=lim⁡x→2x2015−22015x−2\begin{aligned} \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{f(x)\}\right|_{a} &= \lim_{x \to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a}\\ \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{x^{2015}\}\right|_{2} &=\lim_{x\to2} \frac{x^{2015}-2^{2015}}{x-2} \end{aligned}

f(x)f(x) 의 도함수는 2015⋅x20142015\cdot x^{2014} 이므로 x=2x=2 에서의 값은 정확히 2015⋅220142015\cdot 2^{2014} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

This limit represents the derivative computed at x=2x=2 of the function f(x)=x2015f(x)=x^{2015}. To see this, simply use the definition of the derivative at a=2a=2 with f(x)=x2015f(x)=x^{2015}:

ddx{f(x)}∣a=lim⁡x→af(x)−f(a)x−addx{x2015}∣2=lim⁡x→2x2015−22015x−2\begin{aligned} \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{f(x)\}\right|_{a} &= \lim_{x \to a}\frac{f(x)-f(a)}{x-a}\\ \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{x^{2015}\}\right|_{2} &=\lim_{x\to2} \frac{x^{2015}-2^{2015}}{x-2} \end{aligned}

Since the derivative of f(x)f(x) is 2015⋅x20142015\cdot x^{2014}, then its value at x=2x=2 is exactly 2015⋅220142015\cdot 2^{2014}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 18번
# 다항함수의 미분법계산도전자동 분류
136.Active Calculus · 2.1절 · 8번우리말 번역

ff 와 gg 가 미분가능한 함수이고 다음 정보가 알려져 있다고 하자: f(2)=5f(2) = 5, g(2)=−3g(2) = -3, f′(2)=−1/2f'(2) = -1/2, g′(2)=2g'(2) = 2.

(a) 새로운 함수 hh 를 h(x)=3f(x)−4g(x)h(x) = 3f(x) - 4g(x) 로 정의하자. h(2)h(2) 와 h′(2)h'(2) 를 구하세요. (b) 점 (2,h(2))(2,h(2)) 에서 y=h(x)y = h(x) 에 접하는 접선의 방정식을 구하세요. (c) 함수 pp 를 p(x)=−2f(x)+12g(x)p(x) = -2f(x) + \frac{1}{2}g(x) 로 정의하자. a=2a = 2 에서 pp 는 증가하는지, 감소하는지, 둘 다 아닌지 판단하세요. 그 이유는 무엇인지 설명하세요. (d) 점 (2,p(2))(2,p(2)) 에서 pp 의 국소선형근사를 이용하여 p(2.03)p(2.03) 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Let ff and gg be differentiable functions for which the following information is known: f(2)=5f(2) = 5, g(2)=−3g(2) = -3, f′(2)=−1/2f'(2) = -1/2, g′(2)=2g'(2) = 2.

(a) Let hh be the new function defined by the rule h(x)=3f(x)−4g(x)h(x) = 3f(x) - 4g(x). Determine h(2)h(2) and h′(2)h'(2). (b) Find an equation for the tangent line to y=h(x)y = h(x) at the point (2,h(2))(2,h(2)). (c) Let pp be the function defined by the rule p(x)=−2f(x)+12g(x)p(x) = -2f(x) + \frac{1}{2}g(x). Is pp increasing, decreasing, or neither at a=2a = 2? Why? (d) Estimate the value of p(2.03)p(2.03) by using the local linearization of pp at the point (2,p(2))(2,p(2)).

정답·풀이 보기

(a) 먼저 h(x)=3f(x)−4g(x)h(x) = 3f(x) - 4g(x) 이므로 h(2)=3f(2)−4g(2)=3(5)−4(−3)=27h(2) = 3f(2) - 4g(2) = 3(5) - 4(-3) = 27 이다. 다음으로 합의 법칙과 상수배의 법칙에 의해 h′(x)=3f′(x)−4g′(x)h'(x) = 3f'(x) - 4g'(x) 이다. 따라서 주어진 미분계수 값을 이용하면 h′(2)=3f′(2)−4g′(2)=3(−1/2)−4(2)=−19/2h'(2) = 3f'(2) - 4g'(2) = 3(-1/2) - 4(2) = -19/2 이다. (b) 점 (2,h(2))(2,h(2)) 에서의 접선의 방정식은 L(x)=h(2)+h′(2)(x−2)L(x) = h(2) + h'(2)(x-2) 이다. (a)에서 구한 값을 이용하면 L(x)=27−192(x−2)L(x) = 27 - \frac{19}{2}(x-2) 이다. (c) p(x)=−2f(x)+12g(x)p(x) = -2f(x) + \frac{1}{2}g(x) 이므로 합의 법칙과 상수배의 법칙에 의해 p′(x)=−2f′(x)+12g′(x)p'(x) = -2f'(x) + \frac{1}{2}g'(x) 이다. x=2x=2 에서 ff 와 gg 의 주어진 함숫값과 미분계수 값을 이용하면 p(2)=−2f(2)+12g(2)=−2(5)+12(−3)=−232p(2) = -2f(2) + \frac{1}{2}g(2) = -2(5) + \frac{1}{2}(-3) = -\frac{23}{2} 이고 p′(2)=−2(−12)+12(2))=2p'(2) = -2(-\frac{1}{2}) + \frac{1}{2}(2)) = 2 이다. p′(2)=2>0p'(2) = 2 > 0 이므로 pp 는 x=2x=2 에서 증가한다고 결론짓는다. (d) 먼저 a=2a = 2 에서 pp 의 선형근사는 L(x)=p(2)+p′(2)(x−2)=−232+2(x−2)L(x) = p(2) + p'(2)(x-2) = -\frac{23}{2} + 2(x-2) 이다. 이 선형근사를 이용하여 p(2.03)p(2.03) 을 어림하면 p(2.03)≈L(2.03)=−232+2(2.03−2)=−11.5+2(0.03)=−11.44 .p(2.03) \approx L(2.03) = -\frac{23}{2} + 2(2.03-2) = -11.5 + 2(0.03) = -11.44\,.

원본 교재 풀이(영어)

(a) First, since h(x)=3f(x)−4g(x)h(x) = 3f(x) - 4g(x), we know h(2)=3f(2)−4g(2)=3(5)−4(−3)=27h(2) = 3f(2) - 4g(2) = 3(5) - 4(-3) = 27. Next, by the sum and constant multiple rules, h′(x)=3f′(x)−4g′(x)h'(x) = 3f'(x) - 4g'(x). Hence, using the given derivative values, h′(2)=3f′(2)−4g′(2)=3(−1/2)−4(2)=−19/2h'(2) = 3f'(2) - 4g'(2) = 3(-1/2) - 4(2) = -19/2. (b) The tangent line at the point (2,h(2))(2,h(2)) has equation L(x)=h(2)+h′(2)(x−2)L(x) = h(2) + h'(2)(x-2). Using the information determined in (a), we see L(x)=27−192(x−2)L(x) = 27 - \frac{19}{2}(x-2). (c) Since p(x)=−2f(x)+12g(x)p(x) = -2f(x) + \frac{1}{2}g(x), it follows that p′(x)=−2f′(x)+12g′(x)p'(x) = -2f'(x) + \frac{1}{2}g'(x) by the sum and constant multiple rules. Using the given function and derivative values for ff and gg at x=2x=2, we see that p(2)=−2f(2)+12g(2)=−2(5)+12(−3)=−232p(2) = -2f(2) + \frac{1}{2}g(2) = -2(5) + \frac{1}{2}(-3) = -\frac{23}{2} and p′(2)=−2(−12)+12(2))=2p'(2) = -2(-\frac{1}{2}) + \frac{1}{2}(2)) = 2. Since p′(2)=2>0p'(2) = 2 > 0, we conclude that pp is increasing at x=2x=2. (d) First, the linearization of pp at a=2a = 2 is L(x)=p(2)+p′(2)(x−2)=−232+2(x−2)L(x) = p(2) + p'(2)(x-2) = -\frac{23}{2} + 2(x-2). Using the linearization to estimate p(2.03)p(2.03), we find that p(2.03)≈L(2.03)=−232+2(2.03−2)=−11.5+2(0.03)=−11.44 .p(2.03) \approx L(2.03) = -\frac{23}{2} + 2(2.03-2) = -11.5 + 2(0.03) = -11.44\,.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 8번
# 다항함수의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
137.Active Calculus · 2.1절 · 10번우리말 번역

함수 r(t)=ttr(t) = t^t 와 s(t)=arccos⁡(t)s(t) = \arccos(t) 를 생각합시다. 이 두 함수에 대해 r′(t)=tt(ln⁡(t)+1)r'(t) = t^t(\ln(t) + 1) 이고 s′(t)=−11−t2s'(t) = -\frac{1}{\sqrt{1-t^2}} 임이 주어져 있습니다. 이 도함수 공식이 어디에서 나오는지는 신경 쓰지 않아도 됩니다. 두 함수 모두 정의역을 0<t<10 < t < 1 로 제한하여 생각합니다.

(a) w(t)=3tt−2arccos⁡(t)w(t) = 3t^t - 2\arccos(t) 라 할 때, w′(t)w'(t) 를 구하세요. (b) 점 (12,w(12))(\frac{1}{2}, w(\frac{1}{2})) 에서 y=w(t)y = w(t) 의 접선의 방정식을 구하세요. (c) v(t)=tt+arccos⁡(t)v(t) = t^t + \arccos(t) 라 할 때, t=12t = \frac{1}{2} 인 순간에 vv 는 증가하는지 감소하는지 판단하세요. 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Consider the functions r(t)=ttr(t) = t^t and s(t)=arccos⁡(t)s(t) = \arccos(t), for which you are given the facts that r′(t)=tt(ln⁡(t)+1)r'(t) = t^t(\ln(t) + 1) and s′(t)=−11−t2s'(t) = -\frac{1}{\sqrt{1-t^2}}. Do not be concerned with where these derivative formulas come from. We restrict our interest in both functions to the domain 0<t<10 < t < 1.

(a) Let w(t)=3tt−2arccos⁡(t)w(t) = 3t^t - 2\arccos(t). Determine w′(t)w'(t). (b) Find an equation for the tangent line to y=w(t)y = w(t) at the point (12,w(12))(\frac{1}{2}, w(\frac{1}{2})). (c) Let v(t)=tt+arccos⁡(t)v(t) = t^t + \arccos(t). Is vv increasing or decreasing at the instant t=12t = \frac{1}{2}? Why?

정답·풀이 보기

(a) ww 는 w(t)=3r(t)−2s(t)w(t) = 3r(t) - 2s(t) 의 꼴이므로, 합의 미분법과 상수배의 미분법에 의해 w′(t)=3r′(t)−2s′(t)w'(t) = 3r'(t) - 2s'(t) 이다. r′r' 과 s′s' 에 대해 주어진 정보를 적용하면 w′(t)=3tt(ln⁡(t)+1)+211−t2w'(t) = 3t^t(\ln(t) + 1) + 2\frac{1}{\sqrt{1-t^2}} 이다. (b) w(12)=3(12)12−2arccos⁡(12)=3⋅12−2⋅π3=32−2π3w(\frac{1}{2}) = 3(\frac{1}{2})^{\frac{1}{2}} - 2\arccos(\frac{1}{2}) = 3 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} - 2 \cdot \frac{\pi}{3} = \frac{3}{\sqrt{2}} - \frac{2\pi}{3} 이다. 마찬가지로, w′(12)=3(12)12(ln⁡(12)+1)+211−(12)2=32(ln⁡(12)+1)+43 .\begin{aligned}w'\left(\frac{1}{2}\right) &= 3\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{1}{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) + 2\frac{1}{\sqrt{1-(\frac{1}{2})^2}} \\ &= \frac{3}{\sqrt{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) + \frac{4}{\sqrt{3}}\end{aligned}\,. 이 값들을 이용하면, 점 (12,w(12)(\frac{1}{2},w(\frac{1}{2}) 에서 ww 의 접선은 L(t)=w(12)+w′(12)(t−12)=(32−2π3)+(32(ln⁡(12)+1)+43)(t−12) L(t) = w\left(\frac{1}{2}\right) + w'\left(\frac{1}{2}\right)\left(t-\frac{1}{2}\right) = \left(\frac{3}{\sqrt{2}} - \frac{2\pi}{3}\right) + \left(\frac{3}{\sqrt{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) + \frac{4}{\sqrt{3}}\right)\left(t-\frac{1}{2}\right)\, 이다. (c) t=12t = \frac{1}{2} 에서 vv 가 증가하는지 감소하는지 판단하기 위해 v′(12)v'(\frac{1}{2}) 을 계산한다. 먼저 v′(t)=tt(ln⁡(t)+1)−11−t2v'(t) = t^t(\ln(t) + 1) - \frac{1}{\sqrt{1-t^2}} 이다. 따라서 v′(12)=(12)12(ln⁡(12)+1)−11−(12)2≈−0.93772 v'\left(\frac{1}{2}\right) = \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{1}{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) - \frac{1}{\sqrt{1-(\frac{1}{2})^2}} \approx -0.93772\, 이다. v′(12)v'(\frac{1}{2}) 이 음수이므로 vv 는 t=12t = \frac{1}{2} 에서 감소한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We note that ww has the structure w(t)=3r(t)−2s(t)w(t) = 3r(t) - 2s(t), so by the sum and constant multiple rules, w′(t)=3r′(t)−2s′(t)w'(t) = 3r'(t) - 2s'(t). Applying the given information about r′r' and s′s', w′(t)=3tt(ln⁡(t)+1)+211−t2w'(t) = 3t^t(\ln(t) + 1) + 2\frac{1}{\sqrt{1-t^2}}. (b) We see that w(12)=3(12)12−2arccos⁡(12)=3⋅12−2⋅π3=32−2π3w(\frac{1}{2}) = 3(\frac{1}{2})^{\frac{1}{2}} - 2\arccos(\frac{1}{2}) = 3 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} - 2 \cdot \frac{\pi}{3} = \frac{3}{\sqrt{2}} - \frac{2\pi}{3}. Similarly, w′(12)=3(12)12(ln⁡(12)+1)+211−(12)2=32(ln⁡(12)+1)+43 .\begin{aligned}w'\left(\frac{1}{2}\right) &= 3\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{1}{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) + 2\frac{1}{\sqrt{1-(\frac{1}{2})^2}} \\ &= \frac{3}{\sqrt{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) + \frac{4}{\sqrt{3}}\end{aligned}\,. Using these values, we find that the tangent line to ww at the point (12,w(12)(\frac{1}{2},w(\frac{1}{2}) is L(t)=w(12)+w′(12)(t−12)=(32−2π3)+(32(ln⁡(12)+1)+43)(t−12) .L(t) = w\left(\frac{1}{2}\right) + w'\left(\frac{1}{2}\right)\left(t-\frac{1}{2}\right) = \left(\frac{3}{\sqrt{2}} - \frac{2\pi}{3}\right) + \left(\frac{3}{\sqrt{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) + \frac{4}{\sqrt{3}}\right)\left(t-\frac{1}{2}\right)\,. (c) To determine whether vv is increasing or decreasing at t=12t = \frac{1}{2}, we compute v′(12)v'(\frac{1}{2}). First, v′(t)=tt(ln⁡(t)+1)−11−t2v'(t) = t^t(\ln(t) + 1) - \frac{1}{\sqrt{1-t^2}}. Hence, v′(12)=(12)12(ln⁡(12)+1)−11−(12)2≈−0.93772 .v'\left(\frac{1}{2}\right) = \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{1}{2}}\left(\ln\left(\frac{1}{2}\right) + 1\right) - \frac{1}{\sqrt{1-(\frac{1}{2})^2}} \approx -0.93772\,. Since v′(12)v'(\frac{1}{2}) is negative, vv is decreasing at t=12t = \frac{1}{2}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 11번
# 다항함수의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
138.Active Calculus · 2.1절 · 11번우리말 번역

f(x)=axf(x) = a^x 라 하자. 이 문제의 목표는 이 절의 앞부분에서 제시하고 사용했던 ddx[ax]\frac{d}{dx}[a^x] 의 공식을 안다고 가정하지 않고, aa 의 값이 f(x)f(x) 의 도함수에 어떤 영향을 주는지 알아보는 것이다.

(a) 도함수의 극한 정의를 이용하여 다음을 보이세요. f′(x)=lim⁡h→0ax⋅ah−axh .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{a^x \cdot a^h - a^x}{h}\,. (b) 다음 등식도 성립하는 이유를 설명하세요. f′(x)=ax⋅lim⁡h→0ah−1h .f'(x) = a^x \cdot \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h}\,. (c) 계산 도구와 작은 hh 의 값을 이용하여 a=2a = 2 일 때 L=lim⁡h→0ah−1hL = \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h} 의 값을 어림하세요. a=3a = 3 일 때도 마찬가지로 하세요. (d) 극한 LL 의 값이 11 이면 이상적이라는 점에 주목하자. 그러면 ff 는 매우 특별한 함수가 되는데, 그 도함수가 단지 axa^x 이므로 도함수가 자기 자신이 되기 때문이다. 22 와 33 사이의 여러 aa 의 값을 시험해 보면서 L=lim⁡h→0ah−1h=1L = \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h} = 1 이 되는 aa 의 값을 찾아보세요. (e) ln⁡(2)\ln(2) 와 ln⁡(3)\ln(3) 의 값을 계산하세요. (b)와 (c)에서 한 작업은 ddx[2x]\frac{d}{dx}[2^x] 와 ddx[3x]\frac{d}{dx}[3^x] 에 대해 어떤 사실을 암시하나요? (f) (d)에서 한 탐구는 함수 f(x)=exf(x) = e^x 에 관한 어떤 특별히 중요한 사실로 이어지나요?

영어 원문 보기

Let f(x)=axf(x) = a^x. The goal of this problem is to explore how the value of aa affects the derivative of f(x)f(x), without assuming we know the rule for ddx[ax]\frac{d}{dx}[a^x] that we have stated and used in earlier work in this section.

(a) Use the limit definition of the derivative to show that f′(x)=lim⁡h→0ax⋅ah−axh .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{a^x \cdot a^h - a^x}{h}\,. (b) Explain why it is also true that f′(x)=ax⋅lim⁡h→0ah−1h .f'(x) = a^x \cdot \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h}\,. (c) Use computing technology and small values of hh to estimate the value of L=lim⁡h→0ah−1hL = \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h} when a=2a = 2. Do likewise when a=3a = 3. (d) Note that it would be ideal if the value of the limit LL was 11, for then ff would be a particularly special function: its derivative would be simply axa^x, which would mean that its derivative is itself. By experimenting with different values of aa between 22 and 33, try to find a value for aa for which L=lim⁡h→0ah−1h=1 .L = \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h} = 1\,. (e) Compute ln⁡(2)\ln(2) and ln⁡(3)\ln(3). What does your work in (b) and (c) suggest is true about ddx[2x]\frac{d}{dx}[2^x] and ddx[3x]\frac{d}{dx}[3^x]? (f) How do your investigations in (d) lead to a particularly important fact about the function f(x)=exf(x) = e^x?

정답·풀이 보기

(a) 정의에 의해 f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h}\,. f(x)=axf(x)=a^x 이고 ax+h=ax⋅aha^{x+h} = a^x \cdot a^h 임을 이용하면 f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→0ax+h−axh=lim⁡h→0ax⋅ah−axh=lim⁡h→0ax(ah−1)h ,\begin{aligned}f'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{a^{x+h}-a^x}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{a^{x} \cdot a^{h} - a^x}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{a^{x}(a^{h}-1)}{h}\end{aligned}\,, 이다. 여기서 마지막 등호는 분자의 각 항에서 공통인수 axa^x 을 묶어 내면 성립한다. (b) axa^x 은 hh 에 전혀 의존하지 않으므로, 이 극한에서 axa^x 을 상수로 취급할 수 있다. 따라서 f′(x)=lim⁡h→0ax(ah−1)h=ax⋅lim⁡h→0ah−1h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{a^{x}(a^{h}-1)}{h} = a^{x} \cdot \lim_{h \to 0} \frac{a^{h}-1}{h}\,. 이는 axa^x 의 도함수가 axa^x 의 어떤 상수 배임을 알려 준다. (그리고 그 상수의 값은 lim⁡h→0ah−1h\lim_{h \to 0} \frac{a^{h}-1}{h} 이어야 한다.) (c) h=±0.0001h = \pm 0.0001 을 이용하면, a=2a = 2 일 때 L≈0.6931L \approx 0.6931 이고 a=3a = 3 일 때 L≈1.0986L \approx 1.0986 인 것으로 보인다. (d) 시험해 보면, 먼저 a≈2.7a \approx 2.7 임을 알 수 있다(L≈0.993L \approx 0.993 이므로 aa 는 2.72.7 보다 조금 더 커야 한다). LL 이 11 에 점점 더 가까워지는 aa 의 값을 계속 시험하면 a≈2.71828a \approx 2.71828 을 얻는다(L≈1.000L \approx 1.000 이 되는 값). (e) ln⁡(2)≈0.6931\ln(2) \approx 0.6931 이고 ln⁡(3)≈1.0986\ln(3) \approx 1.0986 임에 주목하자. 이 값들은 a=2a = 2 와 a=3a = 3 일 때 lim⁡h→0ah−1h\lim_{h \to 0} \frac{a^{h}-1}{h} 의 값과 일치하므로, ddx[2x]=2x⋅ln⁡(2)\frac{d}{dx}[2^x] = 2^x \cdot \ln(2) 그리고 ddx[3x]=3x⋅ln⁡(3)\frac{d}{dx}[3^x] = 3^x \cdot \ln(3) 이라고 추측한다. (f) 위의 작업은 ddx[ax]=ax⋅ln⁡(a)\frac{d}{dx}[a^x] = a^x \cdot \ln(a) 임을 암시하며, a=e≈2.71828a = e \approx 2.71828 일 때 ddx[ex]=ex⋅ln⁡(e)=ex\frac{d}{dx}[e^x] = e^x \cdot \ln(e) = e^x 이다. 따라서 exe^x 은 매우 특별한 함수이다. 그 도함수가 자기 자신이다!

원본 교재 풀이(영어)

(a) By definition, f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h}\,. Using the fact that f(x)=axf(x)=a^x along with ax+h=ax⋅aha^{x+h} = a^x \cdot a^h, we have f′(x)=lim⁡h→0f(x+h)−f(x)h=lim⁡h→0ax+h−axh=lim⁡h→0ax⋅ah−axh=lim⁡h→0ax(ah−1)h ,\begin{aligned}f'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{a^{x+h}-a^x}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{a^{x} \cdot a^{h} - a^x}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{a^{x}(a^{h}-1)}{h}\end{aligned}\,, where the last equality follows by removing the common factor of axa^x from each term in the numerator. (b) Since axa^x does not depend at all on hh, we may treat axa^x as constant in the noted limit. Thus, f′(x)=lim⁡h→0ax(ah−1)h=ax⋅lim⁡h→0ah−1h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{a^{x}(a^{h}-1)}{h} = a^{x} \cdot \lim_{h \to 0} \frac{a^{h}-1}{h}\,. Note that this tells us that the derivative of axa^x is some constant multiple of axa^x (and that the constant's values must be lim⁡h→0ah−1h\lim_{h \to 0} \frac{a^{h}-1}{h}.) (c) Using h=±0.0001h = \pm 0.0001, it appears that when a=2a = 2, L≈0.6931L \approx 0.6931, while when a=3a = 3, L≈1.0986L \approx 1.0986. (d) By experimenting, we see first that a≈2.7a \approx 2.7 (for which L≈0.993L \approx 0.993, so aa needs to be slightly bigger than 2.72.7). Continuing to try values of aa that result in LL being closer and closer to 11, we find a≈2.71828a \approx 2.71828 (for which L≈1.000L \approx 1.000) (e) We note that ln⁡(2)≈0.6931\ln(2) \approx 0.6931 and ln⁡(3)≈1.0986\ln(3) \approx 1.0986. Since these values correspond to the values of lim⁡h→0ah−1h\lim_{h \to 0} \frac{a^{h}-1}{h} when a=2a = 2 and a=3a = 3, we conjecture that ddx[2x]=2x⋅ln⁡(2)\frac{d}{dx}[2^x] = 2^x \cdot \ln(2) and ddx[3x]=3x⋅ln⁡(3)\frac{d}{dx}[3^x] = 3^x \cdot \ln(3) (f) Our work suggests that ddx[ax]=ax⋅ln⁡(a)\frac{d}{dx}[a^x] = a^x \cdot \ln(a), and when a=e≈2.71828a = e \approx 2.71828, it follows that ddx[ex]=ex⋅ln⁡(e)=ex\frac{d}{dx}[e^x] = e^x \cdot \ln(e) = e^x Thus, exe^x is a very special function: its derivative is itself!

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.6절 · 12번
# 다항함수의 미분법증명·논술자동 분류
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