그래프의 곡선을 다음 함수와 짝지으세요.
(a)y=(21)x(b)y=1x(c)y=2x(d)y=2−x(e)y=3x
영어 원문 보기
Match the curves in the graph to the following functions:
(a)y=(21)x(b)y=1x(c)y=2x(d)y=2−x(e)y=3x
정답·풀이 보기
모든 x 에 대해 1x=1 이므로 (b) 는 상수함수 y=1 이다. 따라서 D는 (b) 와 짝지어진다.
2−x=2x1=(21)x 이므로 함수 (a) 와 (d) 는 서로 같다. 이 함수는 주어진 함수 중 x→−∞ 일 때 커지고 x→∞ 일 때 작아지는 유일한 함수이므로, A는 (a) 와 (d) 에 짝지어진다.
이제 B와 C가 (c) 와 (e) 에 짝지어지는 일이 남는다. 3>2 이므로 x>0 일 때 3x>2x 이다. 따라서 (e) 는 x축의 오른쪽에서 더 빠르게 커지는 함수에 짝지어진다. 즉 B는 (e) 에, C는 (c) 에 짝지어진다.
원본 교재 풀이(영어)
Since 1x=1 for any x, we see that (b) is just the constant function y=1, so D matches to (b).
Since 2−x=2x1=(21)x, functions (a) and (d) are the same. This is the only function out of the lot that grows as x→−∞ and shrinks as x→∞, so A matches to (a) and (d).
This leaves B and C to match to (c) and (e). Since 3>2, when x>0, 3x>2x. So, (e) matches to the function that grows more quickly to the right of the x-axis: B matches to (e), and C matches to (c).
아래 그래프는 지수함수 f(x)=ax 와 그 도함수 f′(x) 를 나타낸 것입니다. 상수 a 를 설명하는 보기를 모두 고르세요.
(a)a<0(b)a>0(c)a<1(d)a>1(e)a<e(f)a>e
영어 원문 보기
The graph below shows an exponential function f(x)=ax and its derivative f′(x). Choose all the options that describe the constant a.
(a)a<0(b)a>0(c)a<1(d)a>1(e)a<e(f)a>e
정답·풀이 보기
먼저 a 가 1보다 큰지 작은지에 따라 지수함수 ax 가 어떻게 변하는지 살펴보자. 알다시피
x→∞limax={∞0a>1a<1 이고 x→−∞limax={0∞a>1a<1 이다. 주어진 함수는 x→∞limf(x)=∞ 이고
x→−∞limf(x)=0 이므로 a>1 이다. 따라서 (d) 가 성립하고 (b) 도 성립한다. (ax 가 모든 실수에서 정의되므로 (b) 가 성립함을 알 수도 있다.)
이제 a 가 e 보다 큰지 작은지 판단해야 한다. (a 가 e 와 같다면 f′(x) 는 f(x) 와 같을 것이다.) 본문에서 함수 C(a)=h→0limhah−1 에 대해 dxd{ax}=C(a)ax 임을 보았다. C(e)=1 임을 안다. (사실 e 는 이 성질을 갖는 수로 정한 것이다.) 그래프에서 f′(x)<f(x) 임을 알 수 있으므로 C(a)<1=C(e) 이다. 즉 h→0limhah−1<h→0limheh−1 이므로 a<e 이다. 따라서 (e) 가 성립한다.
원본 교재 풀이(영어)
First, let's consider the behaviour of exponential functions ax based on whether a is greater or less than 1. As we know,
x→∞limax={∞0a>1a<1 and x→−∞limax={0∞a>1a<1. Our function has x→∞limf(x)=∞ and
x→−∞limf(x)=0, so we conclude a>1: thus (d) and also (b) hold. (We could have also seen that (b) holds because ax is defined for all real numbers.)
It remains to decide whether a is greater or less than e. (If a were equal to e, then f′(x) would be the same as f(x).) We saw in the text that dxd{ax}=C(a)ax for the function C(a)=h→0limhah−1. We know that C(e)=1. (Actually, we chose e to be the number that has this property.) From our graph, we see that f′(x)<f(x), so C(a)<1=C(e). In other words, h→0limhah−1<h→0limheh−1; so, a<e. Thus (e) holds.
거듭제곱 법칙에 따르면 dxd{xn}=nxn−1 이다. 이 등식에서는 변수가 밑이고 지수가 상수이다. 함수 ex 에서는 이와 반대로 변수가 지수이고 밑이 상수이다. 따라서 거듭제곱 법칙은 적용되지 않는다.
원본 교재 풀이(영어)
The power rule tells us that dxd{xn}=nxn−1. In this equation, the variable is the base, and the exponent is a constant. In the function ex, it's reversed: the variable is the exponent, and the base it a constant. So, the power rule does not apply.
사인함수와 코사인함수의 그래프를 x=−2π 부터 x=2π 까지 같은 좌표축 위에 그리세요. sinx 가 수평인 접선을 갖는 점들을 표시하세요. 이 점들은 코사인함수의 그래프에서 무엇에 해당하는지 설명하세요.
영어 원문 보기
Graph sine and cosine on the same axes, from x=−2π to x=2π. Mark the points where sinx has a horizontal tangent. What do these points correspond to, on the graph of cosine?
정답·풀이 보기
함수 f(x)=sinx 의 그래프는 정확히 cosx=0 인 점들에서 수평인 접선을 갖는다. dxd{sinx}=cosx 이므로 이는 반드시 성립한다. 사인함수의 도함수가 0인 곳에서 코사인함수 자체도 0이다.
원본 교재 풀이(영어)
The graph f(x)=sinx has horizontal tangent lines precisely at those points where cosx=0. This must be true, since dxd{sinx}=cosx: where the derivative of sine is zero, cosine itself is zero.
같은 좌표축에 x=−2π 부터 x=2π 까지 사인 함수와 코사인 함수의 그래프를 그리세요. sinx 의 접선의 기울기가 최대(양수)인 점들을 표시하세요. 이 점들은 코사인 함수의 그래프에서 무엇에 해당하나요?
영어 원문 보기
Graph sine and cosine on the same axes, from x=−2π to x=2π. Mark the points where sinx has a tangent line of maximum (positive) slope. What do these points correspond to, on the graph of cosine?
정답·풀이 보기
함수 f(x)=sinx 의 그래프는 cosx 가 최댓값을 갖는 점에서 기울기가 최대이다. f′(x)=cosx 이므로 이는 타당하다. 사인 함수의 기울기의 최댓값은 코사인 함수의 최댓값에 대응한다.
원본 교재 풀이(영어)
The graph f(x)=sinx has maximum slope at those points where cosx has a maximum. This makes sense, because f′(x)=cosx: the maximum values of the slope of sine correspond to the maximum values of cosine.
A,B,C,D, 와 E 가 서로 연관된 계를 나타내는 함수이고, 그 부호가 다음과 같다고 하자: dBdA>0, dCdB>0, dDdC<0, dEdD>0. dEdA 는 양수인지 음수인지 판단하세요.
영어 원문 보기
Suppose A,B,C,D, and E are functions describing an interrelated system, with the following signs: dBdA>0, dCdB>0, dDdC<0, and dEdD>0. Is dEdA positive or negative?
정답·풀이 보기
dEdA=dBdA⋅dCdB⋅dDdC⋅dEdD<0
양수 세 개와 음수 한 개를 곱하기 때문이다.
원본 교재 풀이(영어)
dEdA=dBdA⋅dCdB⋅dDdC⋅dEdD<0
since we multiply three positive quantities and one negative.
소리의 음량(데시벨, dB)은 다음 공식으로 주어진다.
V(P)=10log10(SP)
여기서 P 는 소리의 세기이고 S 는 기준이 되는 표준 소리의 세기이다. (즉, S 는 어떤 상수이다.)
각 스피커가 3dB의 소음을 낸다면, 스피커 열 개는 얼마만큼의 소음을 내는지 구하세요. 스피커 백 개라면 얼마인지 구하세요.
영어 원문 보기
The volume in decibels (dB) of a sound is given by the formula:
V(P)=10log10(SP)
where P is the intensity of the sound and S is the intensity of a standard baseline sound. (That is: S is some constant.)
How much noise will ten speakers make, if each speaker produces 3dB of noise? What about one hundred speakers?
정답·풀이 보기
스피커 한 개가 3dB를 낸다고 주어져 있다. 따라서 P 를 스피커 한 개의 출력이라 하면,
We are given that one speaker produces 3dB. So if P is the power of one speaker,
3=V(P)So, for ten speakers:V(10P)and for one hundred speakers:V(100P)=10log10(SP).=10log10(S10P)=10log10(SP)+10log10(10)=3+10(1)=13dB=10log10(S100P)=10log10(SP)+10log10(100)=3+10(2)=23dB
다음 식 중 log(cos2x) 와 같은 것이 있다면 모두 고르세요.
(a)2log(cosx)(b)2log∣cosx∣(c)log2(cosx)(d)log(cosx2))
영어 원문 보기
Which of the following expressions, if any, is equivalent to log(cos2x)?
(a)2log(cosx)(b)2log∣cosx∣(c)log2(cosx)(d)log(cosx2))
정답·풀이 보기
로그의 성질에 따르면 y 가 양수일 때 log(y2)=2logy 이다. 그러나 cosx 는 항상 양의 값을 갖는 것은 아니므로 (a)는 옳지 않다. (예를 들어 x=π 일 때, log(cos2x)=log(cos2π)=log((−1)2)=log(1)=0 이지만, 2log(cosπ)=2log(−1) 은 존재하지 않는다.)
cos2x 는 음수가 되지 않으므로 cos2x=∣cosx∣2 임을 알 수 있다. cosx 가 0이 아닐 때 ∣cosx∣ 는 양수이므로, 로그의 성질에 의해 log(∣cosx∣2)=2log∣cosx∣ 이다. cosx 가 정확히 0일 때에는 log(cos2x) 와 2log∣cosx∣ 모두 존재하지 않는다. 따라서 log(cos2x)=2log∣cosx∣ 이다.
원본 교재 풀이(영어)
From our logarithm rules, we know that when y is positive, log(y2)=2logy. However, the expression cosx does not always take on positive values, so (a) is not correct. (For instance, when x=π, log(cos2x)=log(cos2π)=log((−1)2)=log(1)=0, while 2log(cosπ)=2log(−1), which does not exist.)
Because cos2x is never negative, we notice that cos2x=∣cosx∣2. When cosx is nonzero, ∣cosx∣ is positive, so our logarithm rules tell us log(∣cosx∣2)=2log∣cosx∣. When cosx is exactly zero, then both log(cos2x) and 2log∣cosx∣ do not exist. So, log(cos2x)=2log∣cosx∣.
x2+y2=1 을 음함수 미분하면 2x+2yy′=0 이라는 식을 얻는다. y2 을 미분하여 2yy′ 을 얻는 단계에서 아래의 법칙 중 어느 것(들)을 사용했나요?
(a) 거듭제곱의 미분법 (b) 연쇄 법칙
(c) 몫의 미분법
(d) 지수함수의 도함수
영어 원문 보기
If we implicitly differentiate x2+y2=1, we get the equation 2x+2yy′=0. In the step where we differentiate y2 to obtain 2yy′, which rule(s) below are we using?
(a) power rule (b) chain rule
(c) quotient rule
(d) derivatives of exponential functions
정답·풀이 보기
거듭제곱의 미분법 (a)과 연쇄 법칙 (b)을 사용한다. 거듭제곱의 미분법에 따라 지수 2를 앞으로 내리고, 연쇄 법칙에 따라 y′ 을 곱한다.
여기에는 분수식이 없으므로 몫의 미분법은 필요하지 않다. 지수함수는 (constant)function 꼴이지만, 주어진 함수는 (function)constant 꼴이므로 (d)는 사용하지 않았다.
원본 교재 풀이(영어)
We use the power rule (a) and the chain rule (b): the power rule tells us to “bring down the 2", and the chain rule tells us to multiply by y′.
There is no need for the quotient rule here, as there are no quotients. Exponential functions have the form (constant)function, but our function has the form (function)constant, so we did not use (d).
참고: 이 곡선에서는 하나의 x 의 값에 여러 개의 y 의 값이 대응할 수 있다. 따라서 이 곡선은 어떤 함수 x 에 대해서도 y=f(x) 로 나타낼 수 없다. 이는 음함수 미분을 사용할 수 있는 대표적인 경우 중 하나이다.
영어 원문 보기
Using the picture below, estimate dxdy at the three points where the curve crosses the y-axis.
Remark: for this curve, one value of x may correspond to multiple values of y. So, we cannot express this curve as y=f(x) for any function x. This is one typical situation where we might use implicit differentiation.
정답·풀이 보기
(0,4) 와 (0,−4) 에서는 곡선을 확대해 보면 수평으로 보이므로, 이 점에서의 접선의 미분계수는 0이다. 원점에서는 접선이 수직으로 보이므로 dxdy 는 존재하지 않는다.
원본 교재 풀이(영어)
At (0,4) and (0,−4), the curve looks to be horizontal, if you zoom in: a tangent line here would have derivative zero. At the origin, the curve looks like its tangent line is vertical, so dxdy does not exist.
(a) y=f(x) 가 단위원을 완전히 나타내도록 하는 함수 f(x) 가 있나요? 즉, 등식 y=f(x) 를 참이 되게 하는 점 (x,y) 가 등식 x2+y2=1 을 참이 되게 하는 점과 정확히 같도록 하는 함수가 있나요?
(b) y=f′(x) 가 단위원의 기울기를 완전히 나타내도록 하는 함수 f′(x) 가 있나요? 즉, 단위원 위의 모든 점 (x,y) 에 대하여 그 점에서 원에 그은 접선의 기울기가 f′(x) 로 주어지도록 하는 함수가 있나요?
(c) 음함수 미분을 이용하여 dxdy 에 대한 식을 구하세요. 그 식이 (y 는 포함하지 않고) x 만의 함수가 될 때까지 간단히 하거나, 그것이 불가능한 이유를 설명하세요.
영어 원문 보기
Consider the unit circle, formed by all points (x,y) that satisfy x2+y2=1.
(a) Is there a function f(x) so that y=f(x) completely describes the unit circle? That is, so that the points (x,y) that make the equation y=f(x) true are exactly the same points that make the equation x2+y2=1 true?
(b) Is there a function f′(x) so that y=f′(x) completely describes the slope of the unit circle? That is, so that for every point (x,y) on the unit circle, the slope of the tangent line to the circle at that point is given by f′(x)?
(c) Use implicit differentiation to find an expression for dxdy. Simplify until the expression is a function in terms of x only (not y), or explain why this is impossible.
정답·풀이 보기
(a) 아니요. 함수는 수직선 판정법을 통과해야 한다. 즉, 하나의 입력에서 두 개(또는 그 이상)의 출력이 나올 수 없다. 하나의 x 값이 때때로 두 개의 y 값에 대응하므로(예를 들어 x=π/4 일 때 y 는 ±1/2 이다), y=f(x) 가 원 위의 모든 점을 나타내도록 하는 함수 f(x) 는 없다.
참고: y=±1−x2 은 단위원 위의 모든 점을 나타낸다. 그러나 하나의 입력 x 가 때때로 두 개의 출력 y 를 내므로 이 식은 함수가 아니다.
(b) 아니요, (a)와 같은 이유이다. f′(x) 가 함수라면 하나의 x 값에 대응하는 기울기를 많아야 하나만 줄 수 있다.
하나의 x 값이 기울기가 서로 다른 원 위의 두 점에 대응할 수 있으므로, f′(x) 는 원 위의 모든 점의 기울기를 줄 수 없다.
예를 들어 0<a<1 인 임의의 a 를 잡자. x 좌표가 a 인 원 위의 점은 두 개 있다. 위쪽 점에서는 기울기가 엄격히 음수이고, 아래쪽 점에서는 기울기가 엄격히 양수이다.
(c) 미분하면 다음과 같다.
2x+2ydxdy그리고dxdy에대해푼다dxdy=0=−yx
그런데 이 등식의 우변에는 y 가 있고, 이를 없앨 방법이 분명하지 않다. (b)의 답에 따르면, 우변이 x 의 함수가 되도록 하려면 사실 y 를 없앨 수 없다. 하나의 x 값이 원 위의 여러 점에 대응하므로 도함수는 x 의 함수로 나타낼 수 없다.
참고: y=±1−x2 이므로 다음과 같이 쓰려고 할 수 있다.
dxdy=−yx=±1−x2x
그러나 이것은 x 의 함수가 아니다. 다시 말하지만, 함수에서는 하나의 입력이 많아야 하나의 출력을 내지만, 여기서는 대개 하나의 x 값이 dxdy 의 두 값을 낸다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) No. A function must pass the vertical line test: one input cannot result in two (or more) outputs. Since one value of x sometimes corresponds to two values of y (for example, when x=π/4, y is ±1/2), there is no function f(x) so that y=f(x) captures every point on the circle.
Remark: y=±1−x2 does capture every point on the unit circle. However, since one input x sometimes results in two outputs y, this expression is not a function.
(b) No, for the same reasons as (a). If f′(x) is a function, then it can give at most one slope corresponding to one value of x.
Since one value of x can correspond to two points on the circle with different slopes, f′(x) cannot give the slope of every point on the circle.
For example, fix any 0<a<1. There are two points
on the circle with x-coordinate equal to a. At the upper one, the slope
is strictly negative. At the lower one, the slope is
strictly positive.
(c) We differentiate:
2x+2ydxdyand solve for dxdydxdy=0=−yx
But there is a y in the right-hand side of this equation, and it's not clear how to get it out. Our answer in (b) tells us that, actually, we can't get it out, if we want the right-hand side to be a function of x. The derivative cannot be expressed as a function of x, because one value of x corresponds to multiple points on the circle.
Remark: since y=±1−x2, we could try writing
dxdy=−yx=±1−x2x
but this is not a function of x. Again, in a function, one input leads to at most one output, but here one value of x will usually lead to two values of dxdy.
The derivative dxdy is 411 only at the point (1,3): it is not constantly411, so it is wrong to differentiate the constant 411 to find dx2d2y. Below is a correct solution.
−28x+2y+2xy′+2yy′Plugging in x=1, y=3:−28+6+2y′+6y′y′Differentiating the equation −28x+2y+2xy′+2yy′=0:−28+2y′+2y′+2xy′′+2y′y′+2yy′′4y′+2(y′)2+2xy′′+2yy′′At the point (1,3), y′=411. Plugging in:4(411)+2(411)2+2(1)y′′+2(3)y′′y′′=0=0=411 at the point (1,3)=0=28=28=6415