문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분

롤의 정리와 평균값 정리

평균변화율과 같은 순간변화율을 갖는 점이 있음을 이용해 값을 구하거나 보인다

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

27문제 · 2 / 2쪽

21.OpenStax 1권 · 4.4절 · 46번우리말 번역

y=csc⁡2xy={\csc }^{2}x 와 y=cot⁡2xy={\cot }^{2}x 의 도함수가 서로 같음을 보이세요. y=csc⁡2x−cot⁡2x?y={\csc }^{2}x-{\cot }^{2}x? 에 대해 어떤 사실을 말할 수 있는지 설명하세요.

영어 원문 보기

Show that y=csc⁡2xy={\csc }^{2}x and y=cot⁡2xy={\cot }^{2}x have the same derivative. What can you say about y=csc⁡2x−cot⁡2x?y={\csc }^{2}x-{\cot }^{2}x?

정답·풀이 보기

시각 tt 에서 자동차 1이 신호등 1로부터 떨어진 거리를 s1(t){s}_{1}(t) 라 하자. 시각 tt 에서 자동차 2가 신호등 1로부터 떨어진 거리를 s2(t){s}_{2}(t) 라 하자. 그러면 s1(0)=0=s2(0){s}_{1}(0)=0={s}_{2}(0) 이다. 두 자동차가 신호등 2에 도착하는 시각을 t=mt=m 이라 하자. 그러면 s1(m)=d=s2(m){s}_{1}(m)=d={s}_{2}(m) 이다. 여기서 dd 는 두 신호등 사이의 거리이다.

새로운 함수를 f(t)=s1(t)−s2(t)f(t)={s}_{1}(t)-{s}_{2}(t) 로 정의하자. 그러면 f(0)=0=f(m)f(0)=0=f(m) 이다. 평균값 정리에 의해 0<c<m0<c<m 인 시각 cc 가 존재하여

f′(c)=f(m)−f(0)m−0=0m=0.{f}^{'}(c)=\frac{f(m)-f(0)}{m-0}=\frac{0}{m}=0.

시각 c에서

f′(c)=0{f}^{'}(c)=0

s1′(c)−s2′(c)=0{s}_{1}^{'}(c)-{s}_{2}^{'}(c)=0

s1′(c)=s2′(c){s}_{1}^{'}(c)={s}_{2}^{'}(c)

따라서 시각 c에서 자동차 1과 자동차 2는 같은 속력으로 달리고 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Let s1(t){s}_{1}(t) represent the distance of Car 1 from Stoplight 1 at time tt. Let s2(t){s}_{2}(t) represent the distance of Car 2 from Stoplight 1 at time tt. Then s1(0)=0=s2(0){s}_{1}(0)=0={s}_{2}(0). Let t=mt=m represent the time that the cars arrive at Stoplight 2. Then s1(m)=d=s2(m){s}_{1}(m)=d={s}_{2}(m) where dd is the distance between the stoplights.

Define a new function f(t)=s1(t)−s2(t)f(t)={s}_{1}(t)-{s}_{2}(t). Then f(0)=0=f(m)f(0)=0=f(m). By the Mean Value Theorem, there is a time 0<c<m0<c<m such that

f′(c)=f(m)−f(0)m−0=0m=0.{f}^{'}(c)=\frac{f(m)-f(0)}{m-0}=\frac{0}{m}=0.

At time c,

f′(c)=0{f}^{'}(c)=0

s1′(c)−s2′(c)=0{s}_{1}^{'}(c)-{s}_{2}^{'}(c)=0

s1′(c)=s2′(c){s}_{1}^{'}(c)={s}_{2}^{'}(c)

So, at time c, Car 1 and Car 2 are traveling at the same speed.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.4절 · 44번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
22.CLP-1 · 2.13절 · 6번우리말 번역

함수 f(x)=∣x∣f(x)=\sqrt{|x|} 가 기울기 113\frac{1}{13} 인 접선을 갖는 점이 존재함을 보이려고 한다. 다음 풀이에서 잘못된 부분을 모두 찾고, 올바른 증명을 쓰세요.

함수 f(x)f(x) 는 모든 실수에서 연속이고 미분가능하므로 평균값 정리를 적용할 수 있다. f(−4)=2f(-4)=2 이고 f(9)=3f(9)=3 이므로, 평균값 정리에 의해 다음을 만족하는 c∈(−4,9)c \in (-4,9) 가 존재한다. f′(x)=3−29−(−4)=113f'(x) = \dfrac{3-2}{9-(-4)}=\dfrac{1}{13}.

영어 원문 보기

Suppose you want to show that a point exists where the function f(x)=∣x∣f(x)=\sqrt{|x|} has a tangent line with slope 113\frac{1}{13}. Find the mistake(s) in the following work, and give a correct proof.

The function f(x)f(x) is continuous and differentiable over all real numbers, so the mean value theorem applies. f(−4)=2f(-4)=2 and f(9)=3f(9)=3, so by the mean value theorem, there exists some c∈(−4,9)c \in (-4,9) such that f′(x)=3−29−(−4)=113f'(x) = \dfrac{3-2}{9-(-4)}=\dfrac{1}{13}.

정답·풀이 보기

함수 f(x)f(x) 는 모든 실수에서 연속이지만, x≠0x \neq 0 일 때만 미분가능하다. 따라서 평균값 정리를 적용하려면 구간이 양수만으로 또는 음수만으로 이루어져야 한다. 구간 (−4,13)(-4,13) 은 적절하지 않다.

평균값 정리를 이용해서 원하는 것을 증명할 수 있다. a=1a=1, b=144b=144 이면 구간 (1,144)(1,144) 에 0이 포함되지 않으므로 f(x)f(x) 는 이 구간에서 미분가능하고, f(x)f(x) 는 모든 곳에서 연속이다. 따라서 평균값 정리에 의해 f′(x)=∣144∣−∣1∣144−1=11143=113f'(x)=\dfrac{\sqrt{|144|}-\sqrt{|1|}}{144-1}=\dfrac{11}{143}=\dfrac{1}{13} 인 점 cc 가 존재한다.

그렇지만 그런 점이 존재함을 보이는 더 쉬운 방법은 평균값 정리를 쓰지 않고 그 점을 직접 찾는 것이다. x>0x>0 일 때 f(x)=xf(x)=\sqrt{x} 이므로 f′(x)=12xf'(x)=\dfrac{1}{2\sqrt {x}} 이다. 그러면 f′(1694)=113f'\left(\dfrac{169}{4}\right)=\dfrac{1}{13} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function f(x)f(x) is continuous over all real numbers, but it is only differentiable when x≠0x \neq 0. So, if we want to apply the MVT, our interval must consist of only positive numbers or only negative numbers: the interval (−4,13)(-4,13) is not valid.

It is possible to use the mean value theorem to prove what we want: if a=1a=1 and b=144b=144, then f(x)f(x) is differentiable over the interval (1,144)(1,144) (since 0 is not contained in that interval), and f(x)f(x) is continuous everywhere, so by the mean value theorem there exists some point cc where f′(x)=∣144∣−∣1∣144−1=11143=113f'(x)=\dfrac{\sqrt{|144|}-\sqrt{|1|}}{144-1}=\dfrac{11}{143}=\dfrac{1}{13}.

That being said, an easier way to prove that a point exists is to simply find it–without using the MVT. When x>0x>0, f(x)=xf(x)=\sqrt{x}, so f′(x)=12xf'(x)=\dfrac{1}{2\sqrt {x}}. Then f′(1694)=113f'\left(\dfrac{169}{4}\right)=\dfrac{1}{13}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 7번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술기본자동 분류
23.CLP-1 · 2.13절 · 7번우리말 번역

f(x)=x2−2πx+cos⁡(x)−1f(x)=x^2-2\pi x+ \cos(x)-1 이라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=x2−2πx+cos⁡(x)−1f(x)=x^2-2\pi x+ \cos(x)-1. Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=f(2π)=0f(0)=f(2\pi)=0 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 cc 가 (0,2π)(0,2\pi) 에 존재한다고 결론지을 수 있다. f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=f(2π)=0f(0)=f(2\pi)=0. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers), we conclude that there exists cc in (0,2π)(0,2\pi) such that f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 4번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
24.CLP-1 · 2.13절 · 8번우리말 번역

f(x)=ex+(1−e)x2−1f(x)=e^x + (1-e)x^2 - 1 이라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=ex+(1−e)x2−1f(x)=e^x + (1-e)x^2 - 1. Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=f(1)=0f(0)=f(1)=0 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 c∈(0,1)c\in (0,1) 이 존재함을 얻는다. f′(c)=f(1)−f(0)1−0=0.f'(c)=\frac{f(1)- f(0)}{1 - 0} = 0.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=f(1)=0f(0)=f(1)=0. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers), we get that there exists c∈(0,1)c\in (0,1) such that f′(c)=f(1)−f(0)1−0=0.f'(c)=\frac{f(1)- f(0)}{1 - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 9번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
25.CLP-1 · 2.13절 · 9번우리말 번역

f(x)=3+sin⁡(x)+(x−π)2f(x)=\sqrt{3 + \sin(x)} + (x - \pi)^2 이라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=3+sin⁡(x)+(x−π)2f(x)=\sqrt{3 + \sin(x)} + (x - \pi)^2. Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=f(2π)=3+π2f(0)=f(2\pi)=\sqrt{3} + \pi^2 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(3+sin⁡x>03+\sin x>0 이므로 이 함수는 모든 실수에서 미분가능하다) 다음을 만족하는 c∈(0,2π)c\in (0,2\pi) 가 존재함을 얻는다. f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=f(2π)=3+π2f(0)=f(2\pi)=\sqrt{3} + \pi^2. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers since 3+sin⁡x>03+\sin x>0), we get that there exists c∈(0,2π)c\in (0,2\pi) such that f′(c)=f(2π)−f(0)2π−0=0.f'(c)=\frac{f(2\pi)- f(0)}{2\pi - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 6번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
26.CLP-1 · 2.13절 · 10번우리말 번역

f(x)=xcos⁡(x)−xsin⁡(x)f(x)=x\cos(x) - x\sin(x) 라 하자. f′(c)=0f'(c)=0 인 실수 cc 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=xcos⁡(x)−xsin⁡(x)f(x)=x\cos(x) - x\sin(x). Show that there exists a real number cc such that f′(c)=0f'(c)=0.

정답·풀이 보기

f(0)=0f(0)=0 이고 f(π/4)=0f(\pi/4)=0 임에 주목한다. 그러면 평균값 정리를 이용하여(이 함수는 모든 실수에서 미분가능함에 유의한다) c∈(0,π/4)c\in (0,\pi/4) 이고 f′(c)=f(π/4)−f(0)π/4−0=0.f'(c)=\frac{f(\pi/4)- f(0)}{\pi/4 - 0} = 0. 인 cc 가 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

We note that f(0)=0f(0)=0 and f(π/4)=0f(\pi/4)=0. Then using the Mean Value Theorem (note that the function is differentiable for all real numbers), we get that there exists c∈(0,π/4)c\in (0,\pi/4) such that f′(c)=f(π/4)−f(0)π/4−0=0.f'(c)=\frac{f(\pi/4)- f(0)}{\pi/4 - 0} = 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.4절 · 30번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술보통자동 분류
27.CLP-1 · 2.13절 · 21번우리말 번역

f(x)f(x) 와 g(x)g(x) 가 구간 [a,b][a,b] 에서 연속이고 구간 (a,b)(a,b) 에서 미분가능한 함수라고 하자. 또한 f(a)<g(a)f(a) < g(a) 이고 g(b)<f(b)g(b)< f(b) 라고 하자. f′(c)>g′(c)f'(c)>g'(c) 인 c∈[a,b]c \in [a,b] 가 존재함을 보이세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) and g(x)g(x) are functions that are continuous over the interval [a,b][a,b] and differentiable over the interval (a,b)(a,b). Suppose further that f(a)<g(a)f(a) < g(a) and g(b)<f(b)g(b)< f(b). Show that there exists some c∈[a,b]c \in [a,b] with f′(c)>g′(c)f'(c)>g'(c).

정답·풀이 보기

h(x)=f(x)−g(x)h(x)=f(x)-g(x) 로 놓으면 h(a)=f(a)−g(a)<0h(a)=f(a)-g(a)<0 이고 h(b)=f(b)−g(b)>0h(b)=f(b)-g(b)>0 임을 알 수 있다. hh 는 [a,b][a,b] 에서 연속이고 (a,b)(a,b) 에서 미분가능한 두 함수의 차이므로 hh 도 [a,b][a,b] 에서 연속이고 (a,b)(a,b) 에서 미분가능하다. 따라서 평균값 정리에 의해 h′(c)=h(b)−h(a)b−ah'(c)=\frac{h(b)-h(a)}{b-a} 인 c∈(a,b)c \in (a,b) 가 존재한다. (a,b)(a,b) 가 구간이므로 b>ab>a 이고, 따라서 위 식의 분모는 양수이다. 또 h(b)>0>h(a)h(b)>0>h(a) 이므로 위 식의 분자도 양수이다. 그러므로 어떤 c∈(a,b)c \in (a,b) 에 대해 h′(c)>0h'(c)>0 이다. h′(c)=f′(c)−g′(c)h'(c)=f'(c)-g'(c) 이므로, 어떤 c∈(a,b)c \in (a,b) 에 대해 f′(c)>g′(c)f'(c)>g'(c) 라는 결론을 얻는다.

원본 교재 풀이(영어)

Define h(x)=f(x)−g(x)h(x)=f(x)-g(x), and notice h(a)=f(a)−g(a)<0h(a)=f(a)-g(a)<0 and h(b)=f(b)−g(b)>0h(b)=f(b)-g(b)>0. Since hh is the difference of two functions that are continuous over [a,b][a,b] and differentiable over (a,b)(a,b), also hh is continuous over [a,b][a,b] and differentiable over (a,b)(a,b). So, by the Mean Value Theorem, there exists some c∈(a,b)c \in (a,b) with h′(c)=h(b)−h(a)b−ah'(c)=\frac{h(b)-h(a)}{b-a} Since (a,b)(a,b) is an interval, b>ab>a, so the denominator of the above expression is positive; since h(b)>0>h(a)h(b)>0>h(a), also the numerator of the above expression is positive. So, h′(c)>0h'(c)>0 for some c∈(a,b)c \in (a,b). Since h′(c)=f′(c)−g′(c)h'(c)=f'(c)-g'(c), we conclude f′(c)>g′(c)f'(c)>g'(c) for some c∈(a,b)c \in (a,b).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.13절 · 22번
# 롤의 정리와 평균값 정리증명·논술도전자동 분류