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

97문제 · 5 / 5쪽

81.CLP-1 · 2.11절 · 7번우리말 번역

x3+y4=cos⁡(x2+y)x^3+y^4 = \cos(x^2+y) 일 때, dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 를 구하세요.

영어 원문 보기

If x3+y4=cos⁡(x2+y)x^3+y^4 = \cos(x^2+y) compute dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

등식을 미분하여 푼다.

3x2+4y3dydx=−sin⁡(x2+y)⋅(2x+dydx)dydx=−2xsin⁡(x2+y)+3x24y3+sin⁡(x2+y)\begin{aligned} 3x^2 + 4y^3 \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= -\sin(x^2+y) \cdot\left(2x + \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\right) \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= -\frac{2x\sin(x^2+y)+3x^2}{4y^3+\sin(x^2+y)} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Differentiate the equation and solve:

3x2+4y3dydx=−sin⁡(x2+y)⋅(2x+dydx)dydx=−2xsin⁡(x2+y)+3x24y3+sin⁡(x2+y)\begin{aligned} 3x^2 + 4y^3 \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= -\sin(x^2+y) \cdot\left(2x + \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\right) \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= -\frac{2x\sin(x^2+y)+3x^2}{4y^3+\sin(x^2+y)} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.8절 · 28번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
82.CLP-1 · 2.11절 · 8번우리말 번역

x2ey+4xcos⁡(y)=5x^2e^y + 4x\cos(y) = 5 이면, y=0y=0 인 점에서 y′y' 을 구하세요.

영어 원문 보기

If x2ey+4xcos⁡(y)=5x^2e^y + 4x\cos(y) = 5, then find y′y' at the points where y=0y=0.

정답·풀이 보기
  • 먼저 y=0y=0 인 xx 좌표를 구한다.

x2e0+4xcos⁡(0)=5x2+4x−5=0(x+5)(x−1)=0\begin{aligned} x^2e^0+4x\cos(0) &= 5 \\ x^2 +4x - 5 &=0\\ (x+5)(x-1)&=0 \end{aligned}

따라서 x=1,−5x=1,-5 이다.

  • 이제 음함수 미분을 이용하여 y′y' 을 x,yx,y 로 나타내면 다음과 같다.

x2ey+4xcos⁡(y)=5양변을 미분x2⋅ey⋅y′+2xey+4x(−sin⁡(y))⋅y′+4cos⁡(y)=0\begin{aligned} x^2e^y+4x\cos(y) &= 5 & \text{양변을 미분} \\ x^2 \cdot e^y \cdot y' + 2x e^y + 4x(-\sin(y)) \cdot y' + 4\cos(y) &= 0 \end{aligned}

  • 이제 y=0y=0 을 대입하면

x2⋅e0⋅y′+2xe0+4x(−sin⁡(0))⋅y′+4cos⁡(0)=0x2y′+2x+4=0y′=−4+2xx2.\begin{aligned} x^2 \cdot e^0 \cdot y' + 2x e^0 + 4x(-\sin(0)) \cdot y' + 4\cos(0) &= 0 \\ x^2y' + 2x + 4 &=0 \\ y' &= - \frac{4+2x}{x^2}. \end{aligned}

  • 따라서 (x,y)=(1,0)(x,y)=(1,0) 에서 y′=−6y' = -6 이고,
  • (x,y)=(−5,0)(x,y)=(-5,0) 에서 y′=625y' = \frac{6}{25} 이다.
원본 교재 풀이(영어)
  • First we find the xx-coordinates where y=0y=0.

x2e0+4xcos⁡(0)=5x2+4x−5=0(x+5)(x−1)=0\begin{aligned} x^2e^0+4x\cos(0) &= 5 \\ x^2 +4x - 5 &=0\\ (x+5)(x-1)&=0 \end{aligned}

So x=1,−5x=1,-5.

  • Now we use implicit differentiation to get y′y' in terms of x,yx,y:

x2ey+4xcos⁡(y)=5differentiate both sidesx2⋅ey⋅y′+2xey+4x(−sin⁡(y))⋅y′+4cos⁡(y)=0\begin{aligned} x^2e^y+4x\cos(y) &= 5 & \text{differentiate both sides} \\ x^2 \cdot e^y \cdot y' + 2x e^y + 4x(-\sin(y)) \cdot y' + 4\cos(y) &= 0 \end{aligned}

  • Now set y=0y=0 to get

x2⋅e0⋅y′+2xe0+4x(−sin⁡(0))⋅y′+4cos⁡(0)=0x2y′+2x+4=0y′=−4+2xx2.\begin{aligned} x^2 \cdot e^0 \cdot y' + 2x e^0 + 4x(-\sin(0)) \cdot y' + 4\cos(0) &= 0 \\ x^2y' + 2x + 4 &=0 \\ y' &= - \frac{4+2x}{x^2}. \end{aligned}

  • So at (x,y)=(1,0)(x,y)=(1,0) we have y′=−6y' = -6,
  • and at (x,y)=(−5,0)(x,y)=(-5,0) we have y′=625y' = \frac{6}{25}.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 9번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
83.CLP-1 · 2.11절 · 9번우리말 번역

x2+y2=sin⁡(x+y)x^2+y^2 = \sin(x+y) 일 때 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 를 구하세요.

영어 원문 보기

If x2+y2=sin⁡(x+y)x^2+y^2 = \sin(x+y) compute dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}.

정답·풀이 보기

방정식을 미분하여 푼다.

2x+2ydydx=cos⁡(x+y)⋅(1+dydx)dydx=cos⁡(x+y)−2x2y−cos⁡(x+y)\begin{aligned} 2x + 2y \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= \cos(x+y) \cdot\left(1 + \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\right) \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= \frac{\cos(x+y)-2x}{2y-\cos(x+y)} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Differentiate the equation and solve:

2x+2ydydx=cos⁡(x+y)⋅(1+dydx)dydx=cos⁡(x+y)−2x2y−cos⁡(x+y)\begin{aligned} 2x + 2y \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= \cos(x+y) \cdot\left(1 + \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\right) \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} &= \frac{\cos(x+y)-2x}{2y-\cos(x+y)} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 2.6절 · 26번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
84.CLP-1 · 2.11절 · 10번우리말 번역

x2cos⁡(y)+2xey=8x^2\cos(y)+2xe^y = 8 이면, y=0y=0 인 점에서 y′y' 을 구하세요.

영어 원문 보기

If x2cos⁡(y)+2xey=8x^2\cos(y)+2xe^y = 8, then find y′y' at the points where y=0y=0.

정답·풀이 보기
  • 먼저 y=0y=0 인 xx 좌표를 구한다.

x2cos⁡(0)+2xe0=8x2+2x−8=0(x+4)(x−2)=0\begin{aligned} x^2\cos(0)+2xe^0 &= 8 \\ x^2 +2x - 8 &=0\\ (x+4)(x-2)&=0 \end{aligned}

따라서 x=2,−4x=2,-4 이다.

  • 이제 음함수 미분을 이용하여 y′y' 을 x,yx,y 로 나타내면 다음과 같다.

x2cos⁡(y)+2xey=8양변을 미분x2⋅(−sin⁡y)⋅y′+2xcos⁡y+2xey⋅y′+2ey=0\begin{aligned} x^2\cos(y)+2xe^y &= 8 & \text{양변을 미분} \\ x^2 \cdot (-\sin y) \cdot y' + 2x \cos y + 2xe^y \cdot y' + 2e^y &= 0 \end{aligned}

  • 이제 y=0y=0 을 대입하면

x2⋅(−sin⁡0)⋅y′+2xcos⁡0+2xe0⋅y′+2e0=00+2x+2xy′+2=0y′=−2+2x2x=−1+xx\begin{aligned} x^2 \cdot (-\sin 0) \cdot y' + 2x \cos 0 + 2xe^0 \cdot y' + 2e^0 &= 0 \\ 0 + 2x + 2xy' + 2 &=0 \\ y' &= - \frac{2+2x}{2x} = -\frac{1+x}{x} \end{aligned}

  • 따라서 (x,y)=(2,0)(x,y)=(2,0) 에서 y′=−32y' = -\frac{3}{2} 이고,
  • (x,y)=(−4,0)(x,y)=(-4,0) 에서 y′=−34y' = -\frac{3}{4} 이다.
원본 교재 풀이(영어)
  • First we find the xx-coordinates where y=0y=0.

x2cos⁡(0)+2xe0=8x2+2x−8=0(x+4)(x−2)=0\begin{aligned} x^2\cos(0)+2xe^0 &= 8 \\ x^2 +2x - 8 &=0\\ (x+4)(x-2)&=0 \end{aligned}

So x=2,−4x=2,-4.

  • Now we use implicit differentiation to get y′y' in terms of x,yx,y:

x2cos⁡(y)+2xey=8differentiate both sidesx2⋅(−sin⁡y)⋅y′+2xcos⁡y+2xey⋅y′+2ey=0\begin{aligned} x^2\cos(y)+2xe^y &= 8 & \text{differentiate both sides} \\ x^2 \cdot (-\sin y) \cdot y' + 2x \cos y + 2xe^y \cdot y' + 2e^y &= 0 \end{aligned}

  • Now set y=0y=0 to get

x2⋅(−sin⁡0)⋅y′+2xcos⁡0+2xe0⋅y′+2e0=00+2x+2xy′+2=0y′=−2+2x2x=−1+xx\begin{aligned} x^2 \cdot (-\sin 0) \cdot y' + 2x \cos 0 + 2xe^0 \cdot y' + 2e^0 &= 0 \\ 0 + 2x + 2xy' + 2 &=0 \\ y' &= - \frac{2+2x}{2x} = -\frac{1+x}{x} \end{aligned}

  • So at (x,y)=(2,0)(x,y)=(2,0) we have y′=−32y' = -\frac{3}{2},
  • and at (x,y)=(−4,0)(x,y)=(-4,0) we have y′=−34y' = -\frac{3}{4}.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 7번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
85.CLP-1 · 2.11절 · 11번우리말 번역

타원 x2+3y2=1x^2+3y^2=1 위의 어느 점에서 접선이 직선 y=xy=x 와 평행합니까?

영어 원문 보기

At what points on the ellipse x2+3y2=1x^2+3y^2=1 is the tangent line parallel to the line y=xy=x?

정답·풀이 보기

문제는 타원 위의 어느 점에서 dydx=1\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}{}=1 인지를 묻고 있다. 따라서 먼저 음함수 미분을 한다.

2x+6ydydx=0이 단계에서 dydx 에 대해 풀 수도 있지만, 그럴 필요는 없다. dydx 가 1이 되는 경우를 알고 싶다:2x+6y(1)=0x=−3y즉, 타원 위의 점 중 x=−3y 인 점에서 dydx=1 이다. 이를 타원의 방정식에 대입하여 이 점들의 좌표를 구한다.(−3y)2+3y2=112y2=1y=±112=±123\begin{aligned} 2x+6y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{이 단계에서 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 에 대해 풀 수도 있지만, 그럴 필요는 없다. $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 가 1이 되는 경우를 알고 싶다:} \\ 2x+6y(1)&=0\\ x&=-3y \\ \text{즉, 타원 위의 점 중 $x=-3y$ 인 점에서 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=1$ 이다. 이를 타원의 방정식에 대입하여 이 점들의 좌표를 구한다.} \\ \left(-3y\right)^2+3y^2&=1\\ 12y^2&=1\\ y=\pm\frac{1}{\sqrt{12}}=\pm\frac{1}{2\sqrt{3}} \end{aligned}

따라서 타원 위에서 접선이 직선 y=xy=x 와 평행한 점은 y=123y=\dfrac{1}{2\sqrt{3}} 이고 x=−3yx=-3y 일 때, 그리고 y=−123y=\dfrac{-1}{2\sqrt{3}} 이고 x=−3yx=-3y 일 때이다. 즉, 점 (−32,123)\left(\dfrac{-\sqrt{3}}{2},\dfrac{1}{2\sqrt{3}}\right) 와 (32,−123)\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2},\dfrac{-1}{2\sqrt{3}}\right) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The question asks at which points on the ellipse dydx=1\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}{}=1. So, we begin by differentiating, implicitly:

2x+6ydydx=0We could solve for dydx at this point, but it’s not necessary. We want to know when dydx is equal to one:2x+6y(1)=0x=−3yThat is, dydx=1 at those points along the ellipse where x=−3y. We plug this into the equation of the ellipse to find the coordinates of these points.(−3y)2+3y2=112y2=1y=±112=±123\begin{aligned} 2x+6y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{We could solve for $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ at this point, but it's not necessary. We want to know when $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ is equal to one:} \\ 2x+6y(1)&=0\\ x&=-3y \\ \text{That is, $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=1$ at those points along the ellipse where $x=-3y$. We plug this into the equation of the ellipse to find the coordinates of these points.} \\ \left(-3y\right)^2+3y^2&=1\\ 12y^2&=1\\ y=\pm\frac{1}{\sqrt{12}}=\pm\frac{1}{2\sqrt{3}} \end{aligned}

So, the points along the ellipse where the tangent line is parallel to the line y=xy=x occur when y=123y=\dfrac{1}{2\sqrt{3}} and x=−3yx=-3y, and when y=−123y=\dfrac{-1}{2\sqrt{3}} and x=−3yx=-3y. That is, the points (−32,123)\left(\dfrac{-\sqrt{3}}{2},\dfrac{1}{2\sqrt{3}}\right) and (32,−123)\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2},\dfrac{-1}{2\sqrt{3}}\right).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 6번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
86.CLP-1 · 2.11절 · 12번우리말 번역

방정식 xy=x2y−2\sqrt{xy} = x^2y-2 로 정의된 곡선에서 점 (1,4)(1, 4) 에서의 접선의 기울기를 구하세요.

영어 원문 보기

For the curve defined by the equation xy=x2y−2\sqrt{xy} = x^2y-2, find the slope of the tangent line at the point (1,4)(1, 4).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

먼저 xx 에 대해 음함수 미분을 한다.

xy=x2y−212xy⋅ddx{xy}=(2x)y+x2dydxy+xdydx2xy=2xy+x2dydx이제 x=1, y=4 를 대입하고 dydx 에 대해 푼다:4+dydx4=8+dydxdydx=−283\begin{aligned} \sqrt{xy} &= x^2y-2\\ \frac{1}{2\sqrt{xy}}\cdot \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{xy\}&=(2x)y+x^2\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\\ \frac{y+x\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}}{2\sqrt{xy}}&=2xy+x^2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} \\ \text{이제 $x=1$, $y=4$ 를 대입하고 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 에 대해 푼다:} \\ \frac{4+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}}{4}&=8+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{28}{3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

First, we differentiate implicitly with respect to xx.

xy=x2y−212xy⋅ddx{xy}=(2x)y+x2dydxy+xdydx2xy=2xy+x2dydxNow, we plug in x=1, y=4, and solve for dydx:4+dydx4=8+dydxdydx=−283\begin{aligned} \sqrt{xy} &= x^2y-2\\ \frac{1}{2\sqrt{xy}}\cdot \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{xy\}&=(2x)y+x^2\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\\ \frac{y+x\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}}{2\sqrt{xy}}&=2xy+x^2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} \\ \text{Now, we plug in $x=1$, $y=4$, and solve for $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$:} \\ \frac{4+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}}{4}&=8+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{28}{3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 5번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
87.CLP-1 · 2.11절 · 13번우리말 번역

x2y2+xsin⁡(y)=4x^2y^2+x\sin(y)=4 일 때, dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 를 구하세요.

영어 원문 보기

If x2y2+xsin⁡(y)=4x^2y^2+x\sin(y)=4, find dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}.

정답·풀이 보기

x2y(x)2+xsin⁡(y(x))=4x^2y(x)^2+x\sin(y(x))=4 를 xx 에 대해 음함수 미분하면

2xy2+2x2yy′+sin⁡y+xy′cos⁡y=0그다음 y′ 에 대해 풀 수 있도록 y′ 을 포함한 항을 한쪽에 모은다:2x2yy′+xy′cos⁡y=−2xy2−sin⁡yy′(2x2y+xcos⁡y)=−2xy2−sin⁡yy′=−2xy2+sin⁡y2x2y+xcos⁡y\begin{aligned} 2xy^2&+2x^2yy'+\sin y+xy'\cos y=0 \\ \text{그다음 $y'$ 에 대해 풀 수 있도록 $y'$ 을 포함한 항을 한쪽에 모은다:} \\ 2x^2yy'&+xy'\cos y=-2xy^2-\sin y\\ y'(2x^2y&+x\cos y)=-2xy^2-\sin y\\ y'&=-\frac{2xy^2+\sin y}{2x^2y+x\cos y} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Implicitly differentiating x2y(x)2+xsin⁡(y(x))=4x^2y(x)^2+x\sin(y(x))=4 with respect to xx gives

2xy2+2x2yy′+sin⁡y+xy′cos⁡y=0Then we gather the terms containing y′ on one side, so we can solve for y′:2x2yy′+xy′cos⁡y=−2xy2−sin⁡yy′(2x2y+xcos⁡y)=−2xy2−sin⁡yy′=−2xy2+sin⁡y2x2y+xcos⁡y\begin{aligned} 2xy^2&+2x^2yy'+\sin y+xy'\cos y=0 \\ \text{Then we gather the terms containing $y'$ on one side, so we can solve for $y'$:} \\ 2x^2yy'&+xy'\cos y=-2xy^2-\sin y\\ y'(2x^2y&+x\cos y)=-2xy^2-\sin y\\ y'&=-\frac{2xy^2+\sin y}{2x^2y+x\cos y} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 4번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
88.CLP-1 · 2.14절 · 5번우리말 번역

f(x)=(log⁡x−1)xf(x)=(\log x-1)x 라 하자. f′′(x)f''(x) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=(log⁡x−1)xf(x)=(\log x-1)x. Evaluate f′′(x)f''(x).

정답·풀이 보기

f(x)=xlog⁡x−xf′(x)=log⁡x+x⋅1x−1=log⁡xf′′(x)=1x\begin{aligned} f(x)&=x\log x -x\\ f'(x)&=\log x +x\cdot\frac{1}{x}-1\\ &=\log x\\ f''(x)&=\frac{1}{x} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f(x)=xlog⁡x−xf′(x)=log⁡x+x⋅1x−1=log⁡xf′′(x)=1x\begin{aligned} f(x)&=x\log x -x\\ f'(x)&=\log x +x\cdot\frac{1}{x}-1\\ &=\log x\\ f''(x)&=\frac{1}{x} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 4번
# 이계도함수와 오목·볼록계산보통자동 분류
89.CLP-1 · 2.14절 · 6번우리말 번역

d2dx2{arctan⁡x}\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{\arctan x\} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate d2dx2{arctan⁡x}\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{\arctan x\}.

정답·풀이 보기

ddx{arctan⁡x}=11+x2ddx{11+x2}=ddx{(1+x2)−1}=(−1)(1+x2)−2(2x)=−2x(1+x2)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan x\}&=\frac{1}{1+x^2}\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{1+x^2}\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(1+x^2)^{-1}\right\}\\ &=(-1)(1+x^2)^{-2}(2x)\\&=\frac{-2x}{(1+x^2)^2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

ddx{arctan⁡x}=11+x2ddx{11+x2}=ddx{(1+x2)−1}=(−1)(1+x2)−2(2x)=−2x(1+x2)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan x\}&=\frac{1}{1+x^2}\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{1+x^2}\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(1+x^2)^{-1}\right\}\\ &=(-1)(1+x^2)^{-2}(2x)\\&=\frac{-2x}{(1+x^2)^2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 3.4절 · 4번
# 이계도함수와 오목·볼록계산보통자동 분류
90.CLP-1 · 2.14절 · 7번우리말 번역

단위원은 x2+y2=1x^2+y^2=1 을 만족하는 모든 점으로 이루어진다. d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} 을 yy 에 대한 식으로 나타내세요.

영어 원문 보기

The unit circle consists of all point x2+y2=1x^2+y^2=1. Give an expression for d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} in terms of yy.

정답·풀이 보기

음함수 미분을 두 번 사용한다.

2x+2yy′=02+(2y)y′′+(2y′)y′=0y′′=−(y′)2+1y따라서 y′ 에 대한 식이 필요하다. 식 2x+2yy′=0 으로부터 y′=−xy 임을 알 수 있다:y′′=−(−xy)2+1y=−x2y2+1y=−x2+y2y3=−1y3\begin{aligned} 2x+2yy'&=0\\ 2+(2y)y''+(2y')y'&=0\\ y''&=-\frac{(y')^2+1}{y} \\ \text{따라서 $y'$ 에 대한 식이 필요하다. 식 $2x+2yy'=0$ 으로부터 $y'=-\dfrac{x}{y}$ 임을 알 수 있다:} \\ y''&=-\frac{\left(-\frac{x}{y}\right)^2+1}{y}\\ &=-\frac{\frac{x^2}{y^2}+1}{y}\\ &=-\frac{x^2+y^2}{y^3}\\ &=-\frac{1}{y^3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use implicit differentiation, twice.

2x+2yy′=02+(2y)y′′+(2y′)y′=0y′′=−(y′)2+1ySo, we need an expression for y′. We use the equation 2x+2yy′=0 to conclude y′=−xy:y′′=−(−xy)2+1y=−x2y2+1y=−x2+y2y3=−1y3\begin{aligned} 2x+2yy'&=0\\ 2+(2y)y''+(2y')y'&=0\\ y''&=-\frac{(y')^2+1}{y} \\ \text{So, we need an expression for $y'$. We use the equation $2x+2yy'=0$ to conclude $y'=-\dfrac{x}{y}$:} \\ y''&=-\frac{\left(-\frac{x}{y}\right)^2+1}{y}\\ &=-\frac{\frac{x^2}{y^2}+1}{y}\\ &=-\frac{x^2+y^2}{y^3}\\ &=-\frac{1}{y^3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 6번
# 이계도함수와 오목·볼록계산보통자동 분류
91.CLP-1 · 2.14절 · 8번우리말 번역

시각 tt 에서 입자의 위치가 s(t)=ett2+1s(t) = \dfrac{e^t}{t^2+1} 로 주어진다고 하자. 시각 t=1t=1 에서 입자의 가속도를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose the position of a particle at time tt is given by s(t)=ett2+1s(t) = \dfrac{e^t}{t^2+1}. Find the acceleration of the particle at time t=1t=1.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

문제는 s′′(1)s''(1) 을 구하는 것이다. 몫의 미분법을 사용하여 미분을 시작한다.

s′(t)=et(t2+1)−et(2t)(t2+1)2=et(t2−2t+1)(t2+1)2몫의 미분법을 다시 사용하면,s′′(t)=(t2+1)2ddt{et(t2−2t+1)}−et(t2−2t+1)ddt{(t2+1)2}(t2+1)4=(t2+1)2⋅[et(2t−2)+et(t2−2t+1)]−et(t2−2t+1)⋅2(t2+1)(2t)(t2+1)4=et(t2+1)2(t2−1)−4tet(t−1)2(t2+1)(t2+1)4s′′(1)=0\begin{aligned} s'(t)&=\frac{e^t(t^2+1)-e^t(2t)}{(t^2+1)^2}\\ &=\frac{e^t(t^2-2t+1)}{(t^2+1)^2} \\ \text{몫의 미분법을 다시 사용하면,} \\ s''(t)&=\frac{(t^2+1)^2 \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\{e^t(t^2-2t+1)\}-e^t(t^2-2t+1) \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\{(t^2+1)^2\}}{(t^2+1)^4}\\ &=\frac{(t^2+1)^2\cdot\left[ e^t(2t-2)+e^t(t^2-2t+1)\right]- e^t(t^2-2t+1) \cdot 2(t^2+1)(2t)}{(t^2+1)^4}\\ &=\frac{e^t(t^2+1)^2(t^2-1)-4te^t(t-1)^2(t^2+1)}{(t^2+1)^4}\\ s''(1)&=0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The question asks for s′′(1)s''(1). We start our differentiation using the quotient rule:

s′(t)=et(t2+1)−et(2t)(t2+1)2=et(t2−2t+1)(t2+1)2Using the quotient rule again,s′′(t)=(t2+1)2ddt{et(t2−2t+1)}−et(t2−2t+1)ddt{(t2+1)2}(t2+1)4=(t2+1)2⋅[et(2t−2)+et(t2−2t+1)]−et(t2−2t+1)⋅2(t2+1)(2t)(t2+1)4=et(t2+1)2(t2−1)−4tet(t−1)2(t2+1)(t2+1)4s′′(1)=0\begin{aligned} s'(t)&=\frac{e^t(t^2+1)-e^t(2t)}{(t^2+1)^2}\\ &=\frac{e^t(t^2-2t+1)}{(t^2+1)^2} \\ \text{Using the quotient rule again,} \\ s''(t)&=\frac{(t^2+1)^2 \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\{e^t(t^2-2t+1)\}-e^t(t^2-2t+1) \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\{(t^2+1)^2\}}{(t^2+1)^4}\\ &=\frac{(t^2+1)^2\cdot\left[ e^t(2t-2)+e^t(t^2-2t+1)\right]- e^t(t^2-2t+1) \cdot 2(t^2+1)(2t)}{(t^2+1)^4}\\ &=\frac{e^t(t^2+1)^2(t^2-1)-4te^t(t-1)^2(t^2+1)}{(t^2+1)^4}\\ s''(1)&=0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 13번
# 이계도함수와 오목·볼록활용보통자동 분류
92.CLP-1 · 2.14절 · 9번우리말 번역

d3dx3{log⁡(5x2−12)}\displaystyle \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{x}^3}\{\log(5x^2-12)\} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate d3dx3{log⁡(5x2−12)}\displaystyle \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{x}^3}\{\log(5x^2-12)\}.

정답·풀이 보기

합성함수의 미분법을 사용하여 미분한다.

ddx{log⁡(5x2−12)}=10x5x2−12몫의 미분법을 사용하면:d2dx2{log⁡(5x2−12)}=ddx{10x5x2−12}=(5x2−12)(10)−10x(10x)(5x2−12)2=−10(5x2+12)(5x2−12)2몫의 미분법을 마지막으로 한 번 더 사용하면:d3dx3{log⁡(5x2−12)}=ddx{−10(5x2+12)(5x2−12)2}=(5x2−12)2(−10)(10x)+10(5x2+12)(2)(5x2−12)(10x)(5x2−12)4=(5x2−12)(−100x)+(200x)(5x2+12)(5x2−12)3=100x(−5x2+12+10x2+24)(5x2−12)3=100x(5x2+36)(5x2−12)3\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\log(5x^2-12)\}&=\frac{10x}{5x^2-12} \\ \text{몫의 미분법을 사용하면:} \\ \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{\log(5x^2-12)\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{10x}{5x^2-12}\right\}\\ &=\frac{(5x^2-12)(10)-10x(10x)}{(5x^2-12)^2}\\ &=\frac{-10(5x^2+12)}{(5x^2-12)^2} \\ \text{몫의 미분법을 마지막으로 한 번 더 사용하면:} \\ \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{x}^3}\{\log(5x^2-12)\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \frac{-10(5x^2+12)}{(5x^2-12)^2} \right\}\\ &=\frac{(5x^2-12)^2(-10)(10x)+10(5x^2+12)(2)(5x^2-12)(10x)}{(5x^2-12)^4}\\ &=\frac{(5x^2-12)(-100x)+(200x)(5x^2+12)}{(5x^2-12)^3}\\ &=\frac{100x(-5x^2+12+10x^2+24)}{(5x^2-12)^3}\\ &=\frac{100x(5x^2+36)}{(5x^2-12)^3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We differentiate using the chain rule.

ddx{log⁡(5x2−12)}=10x5x2−12Using the quotient rule:d2dx2{log⁡(5x2−12)}=ddx{10x5x2−12}=(5x2−12)(10)−10x(10x)(5x2−12)2=−10(5x2+12)(5x2−12)2Using the quotient rule one last time:d3dx3{log⁡(5x2−12)}=ddx{−10(5x2+12)(5x2−12)2}=(5x2−12)2(−10)(10x)+10(5x2+12)(2)(5x2−12)(10x)(5x2−12)4=(5x2−12)(−100x)+(200x)(5x2+12)(5x2−12)3=100x(−5x2+12+10x2+24)(5x2−12)3=100x(5x2+36)(5x2−12)3\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\log(5x^2-12)\}&=\frac{10x}{5x^2-12} \\ \text{Using the quotient rule:} \\ \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{\log(5x^2-12)\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{10x}{5x^2-12}\right\}\\ &=\frac{(5x^2-12)(10)-10x(10x)}{(5x^2-12)^2}\\ &=\frac{-10(5x^2+12)}{(5x^2-12)^2} \\ \text{Using the quotient rule one last time:} \\ \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{x}^3}\{\log(5x^2-12)\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \frac{-10(5x^2+12)}{(5x^2-12)^2} \right\}\\ &=\frac{(5x^2-12)^2(-10)(10x)+10(5x^2+12)(2)(5x^2-12)(10x)}{(5x^2-12)^4}\\ &=\frac{(5x^2-12)(-100x)+(200x)(5x^2+12)}{(5x^2-12)^3}\\ &=\frac{100x(-5x^2+12+10x^2+24)}{(5x^2-12)^3}\\ &=\frac{100x(5x^2+36)}{(5x^2-12)^3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 12번
# 이계도함수와 오목·볼록계산보통자동 분류
93.CLP-1 · 2.14절 · 10번우리말 번역

시각 tt 초에서 입자의 높이가 h(t)=−cos⁡th(t)=-\cos t 로 주어진다. t=1t=1 에서 입자는 빨라지고 있는지 느려지고 있는지 판단하세요.

영어 원문 보기

The height of a particle at time tt seconds is given by h(t)=−cos⁡th(t)=-\cos t. Is the particle speeding up or slowing down at t=1t=1?

정답·풀이 보기

입자의 속도는 h′(t)=sin⁡th'(t)=\sin t 로 주어진다. 0<1<π0<1<\pi 이므로 h′(1)>0h'(1)>0 이다. 즉, 입자는 올라가고 있다(양의 방향, 여기서는 “위쪽"으로 움직이고 있다). 입자의 가속도는 h′′(t)=cos⁡th''(t)=\cos t 이다. 0<1<π20<1<\frac{\pi}{2} 이므로 h′′(t)>0h''(t)>0 이고, 따라서 h′(t)h'(t) 는 증가한다. 즉, 입자는 위쪽으로 움직이고 있고, 그 속도가 점점 커지고 있다. 따라서 입자는 빨라지고 있다.

원본 교재 풀이(영어)

The velocity of the particle is given by h′(t)=sin⁡th'(t)=\sin t. Note 0<1<π0<1<\pi, so h′(1)>0h'(1)>0–the particle is rising (moving in the positive direction, in this case “up"). The acceleration of the particle is h′′(t)=cos⁡th''(t)=\cos t. Since 0<1<π20<1<\frac{\pi}{2}, h′′(t)>0h''(t)>0, so h′(t)h'(t) is increasing: the particle is moving up, and it's doing so at an increasing rate. So, the particle is speeding up.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 11번
# 이계도함수와 오목·볼록활용보통자동 분류
94.CLP-1 · 2.14절 · 11번우리말 번역

시각 tt초에서 입자의 높이가 h(t)=t3−t2−5t+10h(t)=t^3-t^2-5t+10 으로 주어진다. t=1t=1 에서 입자의 운동은 빨라지고 있는지 느려지고 있는지 판단하세요.

영어 원문 보기

The height of a particle at time tt seconds is given by h(t)=t3−t2−5t+10h(t)=t^3-t^2-5t+10. Is the particle's motion getting faster or slower at t=1t=1?

정답·풀이 보기

이 문제에서는 속도에는 방향을 나타내는 부호가 있지만 속력에는 없다는 점을 기억해야 한다.

입자의 속도는 h′(t)=3t2−2t−5h'(t)=3t^2-2t-5 이다. t=1t=1 에서 입자의 속도는 −4-4 이므로, 입자는 초당 4 단위의 속력으로 아래쪽으로 움직이고 있다. 입자의 가속도는 h′′(t)=6t−2h''(t)=6t-2 이므로 t=1t=1 일 때 가속도는 (양수인) 초당 44 단위의 변화율(초당 속도 변화량)이다. 이는 속도(현재 초당 −4-4 단위)가 더 큰 수가 되어 가고 있다는 뜻이다. 속도가 음수이므로 더 큰 수는 0에 더 가까운 수이고, 따라서 입자의 속력은 작아지고 있다. (예를 들어 속도 −3-3 은 속도 −4-4 보다 느린 운동을 나타낸다.) 그러므로 입자는 t=1t=1 에서 느려지고 있다.

원본 교재 풀이(영어)

For this problem, remember that velocity has a sign indicating direction, while speed does not.

The velocity of the particle is given by h′(t)=3t2−2t−5h'(t)=3t^2-2t-5. At t=1t=1, the velocity of the particle is −4-4, so the particle is moving downwards with a speed of 4 units per second. The acceleration of the particle is h′′(t)=6t−2h''(t)=6t-2, so when t=1t=1, the acceleration is (positive) 44 units per second per second. That means the velocity (currently −4-4 units per second) is becoming a bigger number–since the velocity is negative, a bigger number is closer to zero, so the speed of the particle is getting smaller. (For instance, a velocity of −3-3 represents a slower motion than a velocity of −4-4.) So, the particle is slowing down at t=1t=1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 1번
# 이계도함수와 오목·볼록활용보통자동 분류
95.CLP-1 · 2.14절 · 12번우리말 번역

곡선이 다음과 같이 음함수로 정의되어 있다고 하자. x2+x+y=sin⁡(xy)x^2+x+y=\sin(xy) 점 (0,0)(0,0) 에서 d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose a curve is defined implicitly by x2+x+y=sin⁡(xy)x^2+x+y=\sin(xy) What is d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} at the point (0,0)(0,0)?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

x2+x+y=sin⁡(xy)음함수 미분을 한다. 표기를 간단히 하기 위해 dydx 를 y′ 으로 쓴다.2x+1+y′=cos⁡(xy)(y+xy′)우리가 구하려는 것은 y′′ 이므로 한 번 더 음함수 미분을 한다.2+y′′=−sin⁡(xy)(y+xy′)2+cos⁡(xy)(2y′+xy′′)x=y=0 일 때 y′′ 의 값을 구하려고 한다. 이를 대입하면 다음과 같다.2+y′′=2y′따라서 x=y=0 일 때 y′ 의 값을 알아야 한다. 이는 등식 2x+1+y′=cos⁡(xy)(y+xy′) 에서 구할 수 있는데, x=y=0 일 때 1+y′=0 이 된다. 그러므로 원점에서 y′=−1 이고,2+y′′=2(−1)y′′=−4\begin{aligned} x^2+x+y&=\sin(xy) \\ \text{음함수 미분을 한다. 표기를 간단히 하기 위해 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 를 $y'$ 으로 쓴다.} \\ 2x+1+y'&=\cos(xy)(y+xy') \\ \text{우리가 구하려는 것은 $y''$ 이므로 한 번 더 음함수 미분을 한다.} \\ 2+y''&=-\sin(xy)(y+xy')^2+\cos(xy)(2y'+xy'') \\ \text{$x=y=0$ 일 때 $y''$ 의 값을 구하려고 한다. 이를 대입하면 다음과 같다.} \\ 2+y''&=2y' \\ \text{따라서 $x=y=0$ 일 때 $y'$ 의 값을 알아야 한다. 이는 등식 $2x+1+y'=\cos(xy)(y+xy')$ 에서 구할 수 있는데, $x=y=0$ 일 때 $1+y'=0$ 이 된다. 그러므로 원점에서 $y'=-1$ 이고,} \\ 2+y''&=2(-1)\\ y''&=-4 \end{aligned}

참고: 흔히 하는 실수는 등식 2x+1+y′=cos⁡(xy)(y+xy′)2x+1+y'=\cos(xy)(y+xy') 에서 멈추고, x=y=0x=y=0 을 대입하여 y′=−1y'=-1 을 구한 다음, y′′=ddx{−1}=0y''=\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-1\}=0 이라고 결론 내리는 것이다. 이는 일반적으로 쓰는 표기가 약간 엄밀하지 못하기 때문에 생기는 일이다. y′=1y'=1 이라고 썼을 때 우리가 뜻한 것은 점 (0,0)(0,0) 에서 dydx=−1\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=-1 이라는 것이다. 더 엄밀하게 쓰면 dydx∣x=0, y=0=−1\left.\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\right|_{x=0,~y=0}=-1 이다. 이것은 y′=1y'=1 이 모든 곳에서 성립한다는 말과 다르다(그런 경우라면 실제로 y′′y'' 은 모든 곳에서 0일 것이다).

원본 교재 풀이(영어)

x2+x+y=sin⁡(xy)We differentiate implicitly. For ease of notation, we write y′ for dydx.2x+1+y′=cos⁡(xy)(y+xy′)We’re interested in y′′, so we implicitly differentiate again.2+y′′=−sin⁡(xy)(y+xy′)2+cos⁡(xy)(2y′+xy′′)We want to know what y′′ is when x=y=0. Plugging these in yields the following:2+y′′=2y′So, we need to know what y′ is when x=y=0. We can get this from the equation 2x+1+y′=cos⁡(xy)(y+xy′), which becomes 1+y′=0 when x=y=0. So, at the origin, y′=−1, and2+y′′=2(−1)y′′=−4\begin{aligned} x^2+x+y&=\sin(xy) \\ \text{We differentiate implicitly. For ease of notation, we write $y'$ for $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$.} \\ 2x+1+y'&=\cos(xy)(y+xy') \\ \text{We're interested in $y''$, so we implicitly differentiate again.} \\ 2+y''&=-\sin(xy)(y+xy')^2+\cos(xy)(2y'+xy'') \\ \text{We want to know what $y''$ is when $x=y=0$. Plugging these in yields the following:} \\ 2+y''&=2y' \\ \text{So, we need to know what $y'$ is when $x=y=0$. We can get this from the equation $2x+1+y'=\cos(xy)(y+xy')$, which becomes $1+y'=0$ when $x=y=0$. So, at the origin, $y'=-1$, and} \\ 2+y''&=2(-1)\\ y''&=-4 \end{aligned}

Remark: a common mistake is to stop at the equation 2x+1+y′=cos⁡(xy)(y+xy′)2x+1+y'=\cos(xy)(y+xy'), plug in x=y=0x=y=0, find y′=−1y'=-1, and decide y′′=ddx{−1}=0y''=\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-1\}=0. This is due to a slight sloppiness in the usual notation. When we wrote y′=1y'=1, what we meant is that at the point (0,0)(0,0), dydx=−1\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=-1. More properly written: dydx∣x=0, y=0=−1\left.\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\right|_{x=0,~y=0}=-1. This is not the same as saying y′=1y'=1 everywhere (in which case, indeed, y′′y'' would be 0 everywhere).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 8번
# 이계도함수와 오목·볼록계산보통자동 분류
96.CLP-1 · 2.14절 · 13번우리말 번역

아래 문장 중 참인 것과 거짓인 것을 각각 구분하세요.

(a) d4dx4sin⁡x=sin⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \sin x = \sin x (b) d4dx4cos⁡x=cos⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \cos x = \cos x (c) d4dx4tan⁡x=tan⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \tan x = \tan x

영어 원문 보기

Which statements below are true, and which false?

(a) d4dx4sin⁡x=sin⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \sin x = \sin x (b) d4dx4cos⁡x=cos⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \cos x = \cos x (c) d4dx4tan⁡x=tan⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \tan x = \tan x

정답·풀이 보기

(a)와 (b)에 대해 다음을 살펴보자.

ddxsin⁡x=cos⁡xddxcos⁡x=−sin⁡xddx{−sin⁡x}=−cos⁡xddx{−cos⁡x}=sin⁡xddxsin⁡x=cos⁡xsin⁡x 의 4계도함수는 sin⁡x 이고, cos⁡x 의 4계도함수는 cos⁡x 이므로 (a)와 (b)는 참이다.ddxtan⁡x=sec⁡2xddxsec⁡2x=2sec⁡x(sec⁡xtan⁡x)=2sec⁡2xtan⁡xddx{2sec⁡2xtan⁡x}=(4sec⁡x⋅sec⁡xtan⁡x)tan⁡x+2sec⁡2xsec⁡2x=4sec⁡2xtan⁡2x+2sec⁡4xddx{4sec⁡2xtan⁡2x+2sec⁡4x}=(8sec⁡x⋅sec⁡xtan⁡x)tan⁡2x+4sec⁡2x(2tan⁡x⋅sec⁡2x)+8sec⁡3x⋅sec⁡xtan⁡x=8sec⁡2xtan⁡3x+16sec⁡4xtan⁡x\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \sin x &= \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \cos x &= -\sin x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \{-\sin x\} &= -\cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \{-\cos x\} &= \sin x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \sin x &= \cos x \\ \text{$\sin x$ 의 4계도함수는 $\sin x$ 이고, $\cos x$ 의 4계도함수는 $\cos x$ 이므로 (a)와 (b)는 참이다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\tan x &=\sec^2 x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\sec^2 x &=2\sec x (\sec x \tan x)=2\sec^2x\tan x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2\sec^2x\tan x\}&=(4\sec x \cdot \sec x \tan x)\tan x+2\sec^2x\sec^2x\\ &=4\sec^2x\tan^2x+2\sec^4x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{4\sec^2x\tan^2x+2\sec^4x\}&=(8\sec x \cdot \sec x \tan x)\tan^2x+4\sec^2x(2\tan x \cdot\sec^2x)\\&\quad+8\sec^3x\cdot\sec x \tan x\\ &=8\sec^2x\tan^3x+16\sec^4x\tan x \end{aligned}

따라서 d4dx4tan⁡x=8sec⁡2xtan⁡3x+16sec⁡4xtan⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \tan x =8\sec^2x\tan^3x+16\sec^4x\tan x 이다. 이것은 분명히 tan⁡x\tan x 와 같지 않아 보이지만, 삼각함수의 항등식이 때로는 착각을 일으킬 수 있음을 기억해야 한다. 예를 들어 tan⁡2x+1=sec⁡2x\tan^2x+1=\sec^2x 등이 있다. 따라서 두 함수가 같지 않음을 확실히 하려면, 한쪽의 값이 다른 쪽의 값과 달라지는 xx 의 값을 찾아야 한다. x=π4x=\frac{\pi}{4} 일 때: 8sec⁡2xtan⁡3x+16sec⁡4xtan⁡x=8(2)2(1)3+16(2)4(1)=80≠1=tan⁡x.8\sec^2x\tan^3x+16\sec^4x\tan x = 8\left({\sqrt{2}}\right)^2(1)^3+16\left({\sqrt{2}}\right)^4(1)=80\neq 1=\tan x. 그러므로 (c)는 거짓이다.

원본 교재 풀이(영어)

For (a) and (b), notice the following:

ddxsin⁡x=cos⁡xddxcos⁡x=−sin⁡xddx{−sin⁡x}=−cos⁡xddx{−cos⁡x}=sin⁡xddxsin⁡x=cos⁡xThe fourth derivative is sin⁡x is sin⁡x, and the fourth derivative of cos⁡x is cos⁡x, so (a) and (b) are true.ddxtan⁡x=sec⁡2xddxsec⁡2x=2sec⁡x(sec⁡xtan⁡x)=2sec⁡2xtan⁡xddx{2sec⁡2xtan⁡x}=(4sec⁡x⋅sec⁡xtan⁡x)tan⁡x+2sec⁡2xsec⁡2x=4sec⁡2xtan⁡2x+2sec⁡4xddx{4sec⁡2xtan⁡2x+2sec⁡4x}=(8sec⁡x⋅sec⁡xtan⁡x)tan⁡2x+4sec⁡2x(2tan⁡x⋅sec⁡2x)+8sec⁡3x⋅sec⁡xtan⁡x=8sec⁡2xtan⁡3x+16sec⁡4xtan⁡x\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \sin x &= \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \cos x &= -\sin x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \{-\sin x\} &= -\cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \{-\cos x\} &= \sin x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \sin x &= \cos x \\ \text{The fourth derivative is $\sin x$ is $\sin x$, and the fourth derivative of $\cos x$ is $\cos x$, so (a) and (b) are true.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\tan x &=\sec^2 x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\sec^2 x &=2\sec x (\sec x \tan x)=2\sec^2x\tan x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2\sec^2x\tan x\}&=(4\sec x \cdot \sec x \tan x)\tan x+2\sec^2x\sec^2x\\ &=4\sec^2x\tan^2x+2\sec^4x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{4\sec^2x\tan^2x+2\sec^4x\}&=(8\sec x \cdot \sec x \tan x)\tan^2x+4\sec^2x(2\tan x \cdot\sec^2x)\\&\quad+8\sec^3x\cdot\sec x \tan x\\ &=8\sec^2x\tan^3x+16\sec^4x\tan x \end{aligned}

So, d4dx4tan⁡x=8sec⁡2xtan⁡3x+16sec⁡4xtan⁡x\displaystyle \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{x}^4} \tan x =8\sec^2x\tan^3x+16\sec^4x\tan x. It certainly seems like this is not the same as tan⁡x\tan x, but remember that sometimes trig identities can fool you: tan⁡2x+1=sec⁡2x\tan^2x+1=\sec^2x, and so on. So, to be absolutely sure that these are not equal, we need to find a value of xx so that the output of one is not the same as the output of the other. When x=π4x=\frac{\pi}{4}: 8sec⁡2xtan⁡3x+16sec⁡4xtan⁡x=8(2)2(1)3+16(2)4(1)=80≠1=tan⁡x.8\sec^2x\tan^3x+16\sec^4x\tan x = 8\left({\sqrt{2}}\right)^2(1)^3+16\left({\sqrt{2}}\right)^4(1)=80\neq 1=\tan x. So, (c) is false.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 10번
# 이계도함수와 오목·볼록계산보통자동 분류
97.CLP-1 · 3.6절 · 4번우리말 번역

함수 f(x)=3x5−5x4+13xf(x)=3x^5-5x^4+13x 의 그래프에서 모든 변곡점을 구하세요.

영어 원문 보기

Find all inflection points for the graph of f(x)=3x5−5x4+13xf(x)=3x^5-5x^4+13x.

정답·풀이 보기

변곡점은 f′′(x)f''(x) 의 부호가 바뀌는 곳에서 생긴다. f(x)f(x) 는 다항식이므로 1계도함수와 2계도함수가 모든 곳에서 존재하고, 이들도 다항식이다. 구체적으로,

f(x)=3x5−5x4+13xf′(x)=15x4−20x3+13f′′(x)=60x3−60x2=60x2(x−1)\begin{aligned}f(x)&=3x^5-5x^4+13x\\ f'(x)&=15x^4-20x^3+13\\ f''(x)&=60x^3-60x^2=60x^2(x-1) \end{aligned}

2계도함수는 x<1x<1 에서 음수이고 x>1x>1 에서 양수이다. 따라서 x=1, y=11x=1,\ y=11 에서 볼록한 방향이 위로 볼록과 아래로 볼록 사이에서 바뀐다.

변곡점은 이것뿐이다. f′′(0)=0f''(0)=0 이지만, xx 가 0보다 조금 큰 값이든 조금 작은 값이든 f′′(x)<0f''(x)<0 이므로 x=0x=0 에서는 볼록한 방향이 바뀌지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

Inflection points occur where f′′(x)f''(x) changes sign. Since f(x)f(x) is a polynomial, its first and second derivatives exist everywhere, and are themselves polynomials. In particular,

f(x)=3x5−5x4+13xf′(x)=15x4−20x3+13f′′(x)=60x3−60x2=60x2(x−1)\begin{aligned}f(x)&=3x^5-5x^4+13x\\ f'(x)&=15x^4-20x^3+13\\ f''(x)&=60x^3-60x^2=60x^2(x-1) \end{aligned}

The second derivative is negative for x<1x<1 and positive for x>1x>1. Thus the concavity changes between concave up and concave down at x=1, y=11x=1,\ y=11.

This is the only inflection point. It is true that f′′(0)=0f''(0)=0, but for values of xx both a little larger than and a little smaller than 0, f′′(x)<0f''(x)<0, so the concavity does not change at x=0x=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.6절 · 1번
# 이계도함수와 오목·볼록그래프·표 해석보통자동 분류