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

1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-2 · 2.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

함수 y=f(x)y=f(x) 가 어떤 상수 C>0C>0 에 대해 ∣y∣=Cx|y| = Cx 를 만족시킨다고 하자.

(a) 주어진 정보로 볼 때, f(x)f(x) 의 정의역이 될 수 있는 가장 큰 범위는 무엇인지 구하세요. (b) 다음 성질을 모두 갖는 함수 y=f(x)y=f(x) 의 예를 들거나, 그런 함수가 존재하지 않음을 보이세요.

  • ∣y∣=Cx|y| = Cx,
  • 모든 x>0x>0 에 대해 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 가 존재하고,
  • 어떤 xx 에서는 y>0y>0 이고, 다른 xx 에서는 y<0y<0 이다.
영어 원문 보기

Suppose a function y=f(x)y=f(x) satisfies ∣y∣=Cx|y| = Cx, for some constant C>0C>0.

(a) What is the largest possible domain of f(x)f(x), given the information at hand? (b) Give an example of function y=f(x)y=f(x) with the following properties, or show that none exists:

  • ∣y∣=Cx|y| = Cx,
  • dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} exists for all x>0x>0, and
  • y>0y>0 for some values of xx, and y<0y<0 for others.
정답·풀이 보기

(a) yy 가 어떤 값이든 ∣y∣≥0|y| \geq 0 이므로, f(x)f(x) 의 정의역에 속하는 모든 xx 에 대해 Cx≥0Cx \ge 0 이다. CC 가 양수이므로 f(x)f(x) 의 정의역에는 음이 아닌 수만 포함된다. 따라서 f(x)f(x) 의 정의역이 될 수 있는 가장 큰 범위는 [0,∞)[0,\infty) 이다. (b) 존재하지 않는다.

아래 그림은 어떤 양의 상수 CC 에 대한 CxCx 의 그래프와 −Cx-Cx 의 그래프이다. y=f(x)y=f(x) 가 어떤 곳에서는 위쪽 함수이고 다른 곳에서는 아래쪽 함수라면, 그것이 바뀌는 곳에서 점프 불연속이 생긴다. 그러면 f(x)f(x) 의 도함수가 존재하지 않게 되어 두 번째 성질에 어긋난다.

그림

사소한 기술적 참고로, x=0x=0 에서 f(x)=Cxf(x)=Cx 이고 x>0x>0 에서 f(x)=−Cxf(x)=-Cx 인 경우(또는 그 반대)가 가능하다. 이 경우에는 점프 불연속이 생기지 않지만, 어떤 xx 에서 f(x)>0f(x)>0 이라는 조건은 만족시키지 못한다.

참고: 아래의 여러 경우에서, 미분방정식을 풀면 ∣y∣=g(x)|y|=g(x) 와 같은 결론에 이르게 된다. 이럴 때 우리는 y=g(x)y=g(x) 또는 y=−g(x)y=-g(x) 중 하나를 택하며, y=±g(x)y=\pm g(x) (이것은 함수가 아니다)나 yy 가 어떤 곳에서는 g(x)g(x) 이고 다른 곳에서는 −g(x)-g(x) 라고 택하지는 않는다. 위의 추론이 이 선택을 어느 정도 설명해 준다. yy 가 어떤 곳에서는 양수이고 다른 곳에서는 음수라면, yy 의 부호가 바뀌는 xx 의 값에서는 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 가 존재하지 않기 때문이다. 단, 그 부호 변화가 g(x)g(x) 의 근에서 일어나는 경우는 예외이다. 그런 경우는 매우 특수하므로, 우리는 기술적인 세부 사항에 얽매이지 않기 위해 보통 이를 무시해도 안전하다고 본다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since ∣y∣≥0|y| \geq 0 no matter what yy is, we see Cx≥0Cx \ge 0 for all xx in the domain of f(x)f(x). Since CC is positive, that means the domain of f(x)f(x) only includes nonnegative numbers. So, the largest possible domain of f(x)f(x) is [0,∞)[0,\infty). (b) None exists.

The graph of CxCx is given below for some positive constant CC, also with the graph of −Cx-Cx. If y=f(x)y=f(x) were sometimes the top function, and other times the bottom function, then there would be a jump discontinuity where it switched. Then the derivative of f(x)f(x) would not exist, violating the second property.

figure

A tiny technical note is that it's possible that f(x)=Cxf(x)=Cx when x=0x=0 and f(x)=−Cxf(x)=-Cx when x>0x>0 (or vice-versa). This would not introduce a jump discontinuity, but it also does not satisfy that f(x)>0f(x)>0 for some values of xx.

Remark: in several instances below, solving a differential equation will lead us to conclude something like ∣y∣=g(x)|y|=g(x). In these cases, we choose either y=g(x)y=g(x), or y=−g(x)y=-g(x), but not y=±g(x)y=\pm g(x) (which is not a function) or that yy is sometimes g(x)g(x), and other times −g(x)-g(x). The reasoning above somewhat explains this choice: if yy were sometimes positive and sometimes negative, then dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} would not exist at the values of xx where the sign of yy switches, unless that switch occurrs at a root of g(x)g(x). Since that's a pretty specific occurrence, we usually feel safe ignoring it to avoid getting bogged down in technical details.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 2.4절 · 28번
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