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

8문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 2.7절 · 1번우리말 번역

그래프의 곡선을 다음 함수와 짝지으세요. (a) y=(12)x(b) y=1x(c) y=2x(d) y=2−x(e) y=3x(a)~ y=\left(\frac{1}{2}\right)^x \qquad(b)~ y=1^x\qquad (c)~ y=2^x \qquad (d)~ y=2^{-x}\qquad(e)~ y=3^x

그림

영어 원문 보기

Match the curves in the graph to the following functions: (a) y=(12)x(b) y=1x(c) y=2x(d) y=2−x(e) y=3x(a)~ y=\left(\frac{1}{2}\right)^x \qquad(b)~ y=1^x\qquad (c)~ y=2^x \qquad (d)~ y=2^{-x}\qquad(e)~ y=3^x

figure

정답·풀이 보기

모든 xx 에 대해 1x=11^x=1 이므로 (b)(b) 는 상수함수 y=1y=1 이다. 따라서 D는 (b)(b) 와 짝지어진다.

2−x=12x=(12)x2^{-x}=\frac{1}{2^x}=\left(\frac{1}{2}\right)^x 이므로 함수 (a)(a) 와 (d)(d) 는 서로 같다. 이 함수는 주어진 함수 중 x→−∞x\to-\infty 일 때 커지고 x→∞x \to \infty 일 때 작아지는 유일한 함수이므로, A는 (a)(a) 와 (d)(d) 에 짝지어진다.

이제 B와 C가 (c)(c) 와 (e)(e) 에 짝지어지는 일이 남는다. 3>23>2 이므로 x>0x>0 일 때 3x>2x3^x>2^x 이다. 따라서 (e)(e) 는 xx축의 오른쪽에서 더 빠르게 커지는 함수에 짝지어진다. 즉 B는 (e)(e) 에, C는 (c)(c) 에 짝지어진다.

원본 교재 풀이(영어)

Since 1x=11^x=1 for any xx, we see that (b)(b) is just the constant function y=1y=1, so D matches to (b)(b).

Since 2−x=12x=(12)x2^{-x}=\frac{1}{2^x}=\left(\frac{1}{2}\right)^x, functions (a)(a) and (d)(d) are the same. This is the only function out of the lot that grows as x→−∞x\to-\infty and shrinks as x→∞x \to \infty, so A matches to (a)(a) and (d)(d).

This leaves B and C to match to (c)(c) and (e)(e). Since 3>23>2, when x>0x>0, 3x>2x3^x>2^x. So, (e)(e) matches to the function that grows more quickly to the right of the xx-axis: B matches to (e)(e), and C matches to (c)(c).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.7절 · 3번
# 지수함수와 로그함수의 미분그래프·표 해석기본자동 분류
2.CLP-1 · 2.7절 · 2번우리말 번역

아래 그래프는 지수함수 f(x)=axf(x)=a^x 와 그 도함수 f′(x)f'(x) 를 나타낸 것입니다. 상수 aa 를 설명하는 보기를 모두 고르세요. (a) a<0(b) a>0(c) a<1(d) a>1(e) a<e(f) a>e(a)~a<0\qquad(b)~a>0\qquad\qquad(c)~a<1\qquad(d)~a>1\qquad\qquad(e)~a<e\qquad(f)~a>e

그림

영어 원문 보기

The graph below shows an exponential function f(x)=axf(x)=a^x and its derivative f′(x)f'(x). Choose all the options that describe the constant aa. (a) a<0(b) a>0(c) a<1(d) a>1(e) a<e(f) a>e(a)~a<0\qquad(b)~a>0\qquad\qquad(c)~a<1\qquad(d)~a>1\qquad\qquad(e)~a<e\qquad(f)~a>e

figure

정답·풀이 보기

먼저 aa 가 1보다 큰지 작은지에 따라 지수함수 axa^x 가 어떻게 변하는지 살펴보자. 알다시피 lim⁡x→∞ax={∞a>10a<1\displaystyle \lim_{x\to\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} \infty & a>1\\0&a<1 \end{array}\right. 이고 lim⁡x→−∞ax={0a>1∞a<1\displaystyle \lim_{x\to-\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} 0 & a>1\\\infty&a<1 \end{array}\right. 이다. 주어진 함수는 lim⁡x→∞f(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to \infty} f(x)=\infty 이고 lim⁡x→−∞f(x)=0\displaystyle \lim_{x \to -\infty} f(x)=0 이므로 a>1a>1 이다. 따라서 (d)(d) 가 성립하고 (b)(b) 도 성립한다. (axa^x 가 모든 실수에서 정의되므로 (b)(b) 가 성립함을 알 수도 있다.)

이제 aa 가 ee 보다 큰지 작은지 판단해야 한다. (aa 가 ee 와 같다면 f′(x)f'(x) 는 f(x)f(x) 와 같을 것이다.) 본문에서 함수 C(a)=lim⁡h→0ah−1hC(a)=\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h} 에 대해 ddx{ax}=C(a)ax\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{a^x\}=C(a)a^x 임을 보았다. C(e)=1C(e)=1 임을 안다. (사실 ee 는 이 성질을 갖는 수로 정한 것이다.) 그래프에서 f′(x)<f(x)f'(x)<f(x) 임을 알 수 있으므로 C(a)<1=C(e)C(a)<1=C(e) 이다. 즉 lim⁡h→0ah−1h<lim⁡h→0eh−1h\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h}<\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{e^h-1}{h} 이므로 a<ea<e 이다. 따라서 (e)(e) 가 성립한다.

원본 교재 풀이(영어)

First, let's consider the behaviour of exponential functions axa^x based on whether aa is greater or less than 1. As we know, lim⁡x→∞ax={∞a>10a<1\displaystyle \lim_{x\to\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} \infty & a>1\\0&a<1 \end{array}\right. and lim⁡x→−∞ax={0a>1∞a<1\displaystyle \lim_{x\to-\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} 0 & a>1\\\infty&a<1 \end{array}\right.. Our function has lim⁡x→∞f(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to \infty} f(x)=\infty and lim⁡x→−∞f(x)=0\displaystyle \lim_{x \to -\infty} f(x)=0, so we conclude a>1a>1: thus (d)(d) and also (b)(b) hold. (We could have also seen that (b)(b) holds because axa^x is defined for all real numbers.)

It remains to decide whether aa is greater or less than ee. (If aa were equal to ee, then f′(x)f'(x) would be the same as f(x)f(x).) We saw in the text that ddx{ax}=C(a)ax\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{a^x\}=C(a)a^x for the function C(a)=lim⁡h→0ah−1hC(a)=\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h}. We know that C(e)=1C(e)=1. (Actually, we chose ee to be the number that has this property.) From our graph, we see that f′(x)<f(x)f'(x)<f(x), so C(a)<1=C(e)C(a)<1=C(e). In other words, lim⁡h→0ah−1h<lim⁡h→0eh−1h\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h}<\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{e^h-1}{h}; so, a<ea<e. Thus (e)(e) holds.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.7절 · 5번
# 지수함수와 로그함수의 미분그래프·표 해석기본자동 분류
3.CLP-1 · 2.8절 · 1번우리말 번역

사인함수와 코사인함수의 그래프를 x=−2πx=-2\pi 부터 x=2πx=2\pi 까지 같은 좌표축 위에 그리세요. sin⁡x\sin x 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=−2πx=-2\pi to x=2πx=2\pi. Mark the points where sin⁡x\sin x has a horizontal tangent. What do these points correspond to, on the graph of cosine?

정답·풀이 보기

그림

함수 f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x 의 그래프는 정확히 cos⁡x=0\cos x=0 인 점들에서 수평인 접선을 갖는다. ddx{sin⁡x}=cos⁡x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sin x\}=\cos x 이므로 이는 반드시 성립한다. 사인함수의 도함수가 0인 곳에서 코사인함수 자체도 0이다.

원본 교재 풀이(영어)

figure

The graph f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x has horizontal tangent lines precisely at those points where cos⁡x=0\cos x=0. This must be true, since ddx{sin⁡x}=cos⁡x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sin x\}=\cos x: where the derivative of sine is zero, cosine itself is zero.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 11번
# 삼각함수의 미분그래프·표 해석기본자동 분류
4.CLP-1 · 2.8절 · 2번우리말 번역

같은 좌표축에 x=−2πx=-2\pi 부터 x=2πx=2\pi 까지 사인 함수와 코사인 함수의 그래프를 그리세요. sin⁡x\sin x 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=−2πx=-2\pi to x=2πx=2\pi. Mark the points where sin⁡x\sin x has a tangent line of maximum (positive) slope. What do these points correspond to, on the graph of cosine?

정답·풀이 보기

그림

함수 f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x 의 그래프는 cos⁡x\cos x 가 최댓값을 갖는 점에서 기울기가 최대이다. f′(x)=cos⁡xf'(x)=\cos x 이므로 이는 타당하다. 사인 함수의 기울기의 최댓값은 코사인 함수의 최댓값에 대응한다.

원본 교재 풀이(영어)

figure

The graph f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x has maximum slope at those points where cos⁡x\cos x has a maximum. This makes sense, because f′(x)=cos⁡xf'(x)=\cos x: the maximum values of the slope of sine correspond to the maximum values of cosine.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 18번
# 삼각함수의 미분그래프·표 해석기본자동 분류
5.CLP-1 · 2.11절 · 2번우리말 번역

아래 그림을 이용하여, 곡선이 yy축과 만나는 세 점에서 dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 의 값을 어림하세요.

그림

참고: 이 곡선에서는 하나의 xx 의 값에 여러 개의 yy 의 값이 대응할 수 있다. 따라서 이 곡선은 어떤 함수 xx 에 대해서도 y=f(x)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 dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} at the three points where the curve crosses the yy-axis.

figure

Remark: for this curve, one value of xx may correspond to multiple values of yy. So, we cannot express this curve as y=f(x)y=f(x) for any function xx. This is one typical situation where we might use implicit differentiation.

정답·풀이 보기

(0,4)(0,4) 와 (0,−4)(0,-4) 에서는 곡선을 확대해 보면 수평으로 보이므로, 이 점에서의 접선의 미분계수는 0이다. 원점에서는 접선이 수직으로 보이므로 dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 는 존재하지 않는다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

At (0,4)(0,4) and (0,−4)(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 dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} does not exist.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 3번
# 음함수의 미분법그래프·표 해석기본자동 분류
6.CLP-1 · 2.11절 · 3번우리말 번역

x2+y2=1x^2+y^2=1 을 만족하는 모든 점 (x,y)(x,y) 로 이루어진 단위원을 생각합니다.

그림

(a) y=f(x)y=f(x) 가 단위원을 완전히 나타내도록 하는 함수 f(x)f(x) 가 있나요? 즉, 등식 y=f(x)y=f(x) 를 참이 되게 하는 점 (x,y)(x,y) 가 등식 x2+y2=1x^2+y^2=1 을 참이 되게 하는 점과 정확히 같도록 하는 함수가 있나요? (b) y=f′(x)y=f'(x) 가 단위원의 기울기를 완전히 나타내도록 하는 함수 f′(x)f'(x) 가 있나요? 즉, 단위원 위의 모든 점 (x,y)(x,y) 에 대하여 그 점에서 원에 그은 접선의 기울기가 f′(x)f'(x) 로 주어지도록 하는 함수가 있나요? (c) 음함수 미분을 이용하여 dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 에 대한 식을 구하세요. 그 식이 (yy 는 포함하지 않고) xx 만의 함수가 될 때까지 간단히 하거나, 그것이 불가능한 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Consider the unit circle, formed by all points (x,y)(x,y) that satisfy x2+y2=1x^2+y^2=1.

figure

(a) Is there a function f(x)f(x) so that y=f(x)y=f(x) completely describes the unit circle? That is, so that the points (x,y)(x,y) that make the equation y=f(x)y=f(x) true are exactly the same points that make the equation x2+y2=1x^2+y^2=1 true? (b) Is there a function f′(x)f'(x) so that y=f′(x)y=f'(x) completely describes the slope of the unit circle? That is, so that for every point (x,y)(x,y) on the unit circle, the slope of the tangent line to the circle at that point is given by f′(x)f'(x)? (c) Use implicit differentiation to find an expression for dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}. Simplify until the expression is a function in terms of xx only (not yy), 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 xx 값이 때때로 두 개의 yy 값에 대응하므로(예를 들어 x=π/4x=\pi/4 일 때 yy 는 ±1/2\pm 1/\sqrt{2} 이다), y=f(x)y=f(x) 가 원 위의 모든 점을 나타내도록 하는 함수 f(x)f(x) 는 없다.

참고: y=±1−x2y=\pm\sqrt{1-x^2} 은 단위원 위의 모든 점을 나타낸다. 그러나 하나의 입력 xx 가 때때로 두 개의 출력 yy 를 내므로 이 식은 함수가 아니다.

(b) 아니요, (a)와 같은 이유이다. f′(x)f'(x) 가 함수라면 하나의 xx 값에 대응하는 기울기를 많아야 하나만 줄 수 있다. 하나의 xx 값이 기울기가 서로 다른 원 위의 두 점에 대응할 수 있으므로, f′(x)f'(x) 는 원 위의 모든 점의 기울기를 줄 수 없다. 예를 들어 0<a<10<a<1 인 임의의 aa 를 잡자. xx 좌표가 aa 인 원 위의 점은 두 개 있다. 위쪽 점에서는 기울기가 엄격히 음수이고, 아래쪽 점에서는 기울기가 엄격히 양수이다.

(c) 미분하면 다음과 같다.

2x+2ydydx=0그리고 dydx 에 대해 푼다dydx=−xy\begin{aligned} 2x+2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{그리고 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 에 대해 푼다} \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{x}{y} \end{aligned}

그런데 이 등식의 우변에는 yy 가 있고, 이를 없앨 방법이 분명하지 않다. (b)의 답에 따르면, 우변이 xx 의 함수가 되도록 하려면 사실 yy 를 없앨 수 없다. 하나의 xx 값이 원 위의 여러 점에 대응하므로 도함수는 xx 의 함수로 나타낼 수 없다.

참고: y=±1−x2y=\pm\sqrt{1-x^2} 이므로 다음과 같이 쓰려고 할 수 있다. dydx=−xy=±x1−x2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=-\frac{x}{y}=\pm\frac{x}{\sqrt{1-x^2}} 그러나 이것은 xx 의 함수가 아니다. 다시 말하지만, 함수에서는 하나의 입력이 많아야 하나의 출력을 내지만, 여기서는 대개 하나의 xx 값이 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 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 xx sometimes corresponds to two values of yy (for example, when x=π/4x=\pi/4, yy is ±1/2\pm 1/\sqrt{2}), there is no function f(x)f(x) so that y=f(x)y=f(x) captures every point on the circle.

Remark: y=±1−x2y=\pm\sqrt{1-x^2} does capture every point on the unit circle. However, since one input xx sometimes results in two outputs yy, this expression is not a function.

(b) No, for the same reasons as (a). If f′(x)f'(x) is a function, then it can give at most one slope corresponding to one value of xx. Since one value of xx can correspond to two points on the circle with different slopes, f′(x)f'(x) cannot give the slope of every point on the circle. For example, fix any 0<a<10<a<1. There are two points on the circle with xx-coordinate equal to aa. At the upper one, the slope is strictly negative. At the lower one, the slope is strictly positive.

(c) We differentiate:

2x+2ydydx=0and solve for dydxdydx=−xy\begin{aligned} 2x+2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{and solve for $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$} \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{x}{y} \end{aligned}

But there is a yy 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 xx. The derivative cannot be expressed as a function of xx, because one value of xx corresponds to multiple points on the circle.

Remark: since y=±1−x2y=\pm\sqrt{1-x^2}, we could try writing dydx=−xy=±x1−x2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=-\frac{x}{y}=\pm\frac{x}{\sqrt{1-x^2}} but this is not a function of xx. Again, in a function, one input leads to at most one output, but here one value of xx will usually lead to two values of dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 13번
# 음함수의 미분법그래프·표 해석기본자동 분류
7.CLP-1 · 3.6절 · 1번우리말 번역

아래 그래프에서 f′′(x)>0f''(x)>0 인 구간(즉, f(x)f(x) 가 아래로 볼록한 구간)과 f′′(x)<0f''(x)<0 인 구간(즉, f(x)f(x) 가 위로 볼록한 구간)을 표시하세요.

그림

영어 원문 보기

On the graph below, mark the intervals where f′′(x)>0f''(x)>0 (i.e. f(x)f(x) is concave up) and where f′′(x)<0f''(x)<0 (i.e. f(x)f(x) is concave down).

figure

정답·풀이 보기

그림

위 그래프에서 아래로 볼록한 부분은 빨간색으로 표시되어 있다. 이 부분은 그래프의 도함수가 증가하는 곳이고, 같은 말로 그래프가 접선들보다 위쪽에 놓이는 곳이며, 더 쉽게 말하면 웃는 얼굴처럼 휘어 있는 곳이다.

위로 볼록한 부분은 파란색으로 표시되어 있다. 이 부분은 그래프의 도함수가 감소하는 곳이고, 같은 말로 그래프가 접선들보다 아래쪽에 놓이는 곳이며, 더 쉽게 말하면 찡그린 얼굴처럼 휘어 있는 곳이다.

원본 교재 풀이(영어)

figure

In the graph above, the concave-up sections are marked in red. These are where the graph has an increasing derivative; equivalently, where the graph lies above its tangent lines; more descriptively, where it curves like a smiley face.

Concave-down sections are marked in blue. These are where the graph has a decreasing derivative; equivalently, where the graph lies below its tangent lines; more descriptively, where it curves like a frowney face.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 2번
# 이계도함수와 오목·볼록그래프·표 해석기본자동 분류
8.CLP-1 · 3.6절 · 2번우리말 번역

다음 조건을 만족하는 곡선을 그리세요.

  • ∣x∣>5|x|>5 일 때 아래로 볼록,
  • ∣x∣<5|x|<5 일 때 위로 볼록,
  • x<0x<0 일 때 증가,
  • x>0x>0 일 때 감소.
영어 원문 보기

Sketch a curve that is:

  • concave up when ∣x∣>5|x|>5,
  • concave down when ∣x∣<5|x|<5,
  • increasing when x<0x<0, and
  • decreasing when x>0x>0.
정답·풀이 보기

그래프의 가장 기본적인 모양은 마지막 두 조건으로 정해진다.

그림

곡선은 구간 (−5,5)(-5,5) 에서 위로 볼록하므로, 그 구간에서는 찡그린 얼굴(∩) 모양으로 휘게 그린다.

그림

마지막으로 x>5x>5 또는 x<−5x<-5 일 때 곡선은 아래로 볼록해야 하므로, 기본적인 증가/감소 모양은 바꾸지 않은 채 그 구간에서는 웃는 얼굴(∪) 모양으로 휘게 그린다.

그림

이로써 그래프가 완성된다.

원본 교재 풀이(영어)

The most basic shape of the graph is given by the last two bullet points:

figure

The curve is concave down over the interval (−5,5)(-5,5), so let's give it a frowney-face curvature there.

figure

Finally, when x>5x>5 or x<−5x<-5, our curve should be concave up, so let's give it smiley-face curvature there, without changing its basic increasing/decreasing shape.

figure

This finishes our sketch.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.5절 · 18번
# 이계도함수와 오목·볼록그래프·표 해석기본자동 분류