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362문제 · 17 / 19쪽

321.CLP-1 · 2.10절 · 18번우리말 번역

함수 g(x)=πx+xπg(x)=\pi^x+x^\pi 를 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate the function g(x)=πx+xπ.g(x)=\pi^x+x^\pi.

정답·풀이 보기

교재에서 상수 aa 에 대해 ddx{ax}=axlog⁡a\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{a^x\right\}=a^x\log a 임을 보았다. 따라서 ddx{πx}=πxlog⁡π\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\pi^x\right\}=\pi^x\log \pi 이다.

거듭제곱의 미분법에 의해 ddx{xπ}=πxπ−1\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{x^{\pi}\right\}=\pi x^{\pi-1} 이다.

그러므로 g′(x)=πxlog⁡π+πxπ−1g'(x)=\pi^x\log \pi+\pi x^{\pi-1} 이다.

참고: g(x)g(x) 의 두 항에는 서로 다른 두 가지 법칙을 써야 했다. 함수 πx\pi^x 와 xπx^\pi 는 겉보기에 비슷하지만, 두 함수와 그 도함수는 서로 다르게 행동한다. (상수)x(\text{상수})^{x} 꼴의 함수는 지수함수이며 거듭제곱의 미분법을 쓸 수 없다. 반면 x상수x^{\text{상수}} 꼴의 함수는 바로 거듭제곱의 미분법이 적용되는 함수이다.

원본 교재 풀이(영어)

In the text, we saw that ddx{ax}=axlog⁡a\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{a^x\right\}=a^x\log a for any constant aa. So, ddx{πx}=πxlog⁡π\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\pi^x\right\}=\pi^x\log \pi.

By the power rule, ddx{xπ}=πxπ−1\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{x^{\pi}\right\}=\pi x^{\pi-1}.

Therefore, g′(x)=πxlog⁡π+πxπ−1g'(x)=\pi^x\log \pi+\pi x^{\pi-1}.

Remark: we had to use two different rules for the two different terms in g(x)g(x). Although the functions πx\pi^x and xπx^\pi look superficially the same, they behave differently, as do their derivatives. A function of the form (constant)x(\text{constant})^{x} is an exponential function and not eligible for the power rule, while a function of the form xconstantx^{\text{constant}} is exactly the class of function the power rule applies to.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 19번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
322.CLP-1 · 2.10절 · 19번우리말 번역

f(x)=xxf(x)=x^x 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=xxf(x)=x^x.

정답·풀이 보기

nn 이 상수일 때 xnx^n 꼴 함수의 도함수는 거듭제곱의 미분법으로 알 수 있다. 그러나 여기서는 지수가 상수가 아니다. 마찬가지로 이 절에서 aa 가 상수일 때 axa^x 꼴 함수의 도함수를 배웠지만, 이번에도 밑이 상수가 아니다! 결과 ddxax=axlog⁡a\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} a^x=a^x\log a 는 우리에게 필요한 것이 아니지만, axa^x 을 미분할 때 쓴 방법은 xxx^x 의 도함수를 알려 줄 것이다.

g(x)=log⁡(xx)g(x)=\log(x^x) 으로 놓자. 이제 로그의 성질을 써서 간단히 할 수 있기 때문이다:

g(x)=log⁡(f(x))=xlog⁡x이제 오른쪽 변은 곱의 미분법으로, log⁡(f(x)) 는 합성함수의 미분법으로 미분할 수 있다:g′(x)=f′(x)f(x)=log⁡x+x1x=log⁡x+1마지막으로 f′(x) 에 대해 푼다:f′(x)=f(x)(log⁡x+1)=xx(log⁡x+1)\begin{aligned} g(x)=\log(f(x))&=x\log x \\ \text{이제 오른쪽 변은 곱의 미분법으로, $\log(f(x))$ 는 합성함수의 미분법으로 미분할 수 있다:} \\ g'(x)=\frac{f'(x)}{f(x)}&=\log x +x\frac{1}{x}=\log x +1 \\ \text{마지막으로 $f'(x)$ 에 대해 푼다:} \\ f'(x)&=f(x)(\log x + 1) = x^x(\log x + 1) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We have the power rule to tell us the derivative of functions of the form xnx^n, where nn is a constant. However, here our exponent is not a constant. Similarly, in this section we learned the derivative of functions of the form axa^x, where aa is a constant, but again, our base is not a constant! Although the result ddxax=axlog⁡a\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} a^x=a^x\log a is not what we need, the method used to differentiate axa^x will tell us the derivative of xxx^x.

We'll set g(x)=log⁡(xx)g(x)=\log(x^x), because now we can use logarithm rules to simplify:

g(x)=log⁡(f(x))=xlog⁡xNow, we can use the product rule to differentiate the right side, and the chain rule to differentiate log⁡(f(x)):g′(x)=f′(x)f(x)=log⁡x+x1x=log⁡x+1Finally, we solve for f′(x):f′(x)=f(x)(log⁡x+1)=xx(log⁡x+1)\begin{aligned} g(x)=\log(f(x))&=x\log x \\ \text{Now, we can use the product rule to differentiate the right side, and the chain rule to differentiate $\log(f(x))$:} \\ g'(x)=\frac{f'(x)}{f(x)}&=\log x +x\frac{1}{x}=\log x +1 \\ \text{Finally, we solve for $f'(x)$:} \\ f'(x)&=f(x)(\log x + 1) = x^x(\log x + 1) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 9번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
323.CLP-1 · 2.10절 · 23번우리말 번역

f(x)=(5x2+10x+153x4+4x3+5)(110(x+1))f(x) = \left(\dfrac{5x^2+10x+15}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{10(x+1)}\right) 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(5x2+10x+153x4+4x3+5)(110(x+1))f(x) = \left(\dfrac{5x^2+10x+15}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{10(x+1)}\right).

정답·풀이 보기

몫의 미분법과 곱의 미분법으로 풀 수도 있지만 매우 번거롭다. 대신 로그를 이용하자.

f(x)=(5x2+10x+153x4+4x3+5)(110(x+1))=(x2+2x+33x4+4x3+5)(12(x+1))log⁡(f(x))=log⁡[(x2+2x+33x4+4x3+5)(12(x+1))]=log⁡(x2+2x+33x4+4x3+5)+log⁡(12(x+1))=log⁡(x2+2x+3)−log⁡(3x4+4x3+5)−log⁡(x+1)−log⁡(2)이제 처음 함수보다 훨씬 간단하게 미분할 수 있는 함수가 되었다.ddx{log⁡(f(x))}=ddx{log⁡(x2+2x+3)−log⁡(3x4+4x3+5)−log⁡(x+1)−log⁡(2)}f′(x)f(x)=2x+2x2+2x+3−12x3+12x23x4+4x3+5−1x+1=2(x+1)x2+2x+3−12x2(x+1)3x4+4x3+5−1x+1마지막으로 f(x) 에 대해 정리한다:f′(x)=f(x)(2(x+1)x2+2x+3−12x2(x+1)3x4+4x3+5−1x+1)=(x2+2x+33x4+4x3+5)(12(x+1))(2(x+1)x2+2x+3−12x2(x+1)3x4+4x3+5−1x+1)=(x2+2x+33x4+4x3+5)(1x2+2x+3−6x23x4+4x3+5−12(x+1)2)\begin{aligned} f(x) &= \left(\dfrac{5x^2+10x+15}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{10(x+1)}\right) = \left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right) \\ \log(f(x)) &= \log\left[\left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right)\right]\\ &=\log\left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right) + \log\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right) \\&=\log\left({x^2+2x+3}\right)- \log\left({3x^4+4x^3+5}\right) -\log(x+1)-\log(2) \\ \text{이제 처음 함수보다 훨씬 간단하게 미분할 수 있는 함수가 되었다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\log(f(x))\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \log\left({x^2+2x+3}\right)- \log\left({3x^4+4x^3+5}\right) - \log\left({x+1}\right)- \log\left({2}\right) \right\}\\ \frac{f'(x)}{f(x)}&=\frac{2x+2}{x^2+2x+3}-\frac{12x^3+12x^2}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1}\\ &=\frac{2(x+1)}{x^2+2x+3}-\frac{12x^2(x+1)}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1} \\ \text{마지막으로 $f(x)$ 에 대해 정리한다:} \\ f'(x)&=f(x)\left(\frac{2(x+1)}{x^2+2x+3}-\frac{12x^2(x+1)}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1}\right)\\ &= \left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right)\left(\frac{2(x+1)}{x^2+2x+3}-\frac{12x^2(x+1)}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1}\right)\\ &= \left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\frac{1}{x^2+2x+3}-\frac{6x^2}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{2(x+1)^2}\right) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We could do this with quotient and product rules, but it would be pretty painful. Insteady, let's use a logarithm.

f(x)=(5x2+10x+153x4+4x3+5)(110(x+1))=(x2+2x+33x4+4x3+5)(12(x+1))log⁡(f(x))=log⁡[(x2+2x+33x4+4x3+5)(12(x+1))]=log⁡(x2+2x+33x4+4x3+5)+log⁡(12(x+1))=log⁡(x2+2x+3)−log⁡(3x4+4x3+5)−log⁡(x+1)−log⁡(2)Now we have a function that we can differentiate more cleanly than our original function.ddx{log⁡(f(x))}=ddx{log⁡(x2+2x+3)−log⁡(3x4+4x3+5)−log⁡(x+1)−log⁡(2)}f′(x)f(x)=2x+2x2+2x+3−12x3+12x23x4+4x3+5−1x+1=2(x+1)x2+2x+3−12x2(x+1)3x4+4x3+5−1x+1Finally, we solve for f(x):f′(x)=f(x)(2(x+1)x2+2x+3−12x2(x+1)3x4+4x3+5−1x+1)=(x2+2x+33x4+4x3+5)(12(x+1))(2(x+1)x2+2x+3−12x2(x+1)3x4+4x3+5−1x+1)=(x2+2x+33x4+4x3+5)(1x2+2x+3−6x23x4+4x3+5−12(x+1)2)\begin{aligned} f(x) &= \left(\dfrac{5x^2+10x+15}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{10(x+1)}\right) = \left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right) \\ \log(f(x)) &= \log\left[\left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right)\right]\\ &=\log\left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right) + \log\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right) \\&=\log\left({x^2+2x+3}\right)- \log\left({3x^4+4x^3+5}\right) -\log(x+1)-\log(2) \\ \text{Now we have a function that we can differentiate more cleanly than our original function.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\log(f(x))\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \log\left({x^2+2x+3}\right)- \log\left({3x^4+4x^3+5}\right) - \log\left({x+1}\right)- \log\left({2}\right) \right\}\\ \frac{f'(x)}{f(x)}&=\frac{2x+2}{x^2+2x+3}-\frac{12x^3+12x^2}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1}\\ &=\frac{2(x+1)}{x^2+2x+3}-\frac{12x^2(x+1)}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1} \\ \text{Finally, we solve for $f(x)$:} \\ f'(x)&=f(x)\left(\frac{2(x+1)}{x^2+2x+3}-\frac{12x^2(x+1)}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1}\right)\\ &= \left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\dfrac{1}{2(x+1)}\right)\left(\frac{2(x+1)}{x^2+2x+3}-\frac{12x^2(x+1)}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{x+1}\right)\\ &= \left(\dfrac{x^2+2x+3}{3x^4+4x^3+5}\right)\left(\frac{1}{x^2+2x+3}-\frac{6x^2}{3x^4+4x^3+5}-\frac{1}{2(x+1)^2}\right) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 18번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
324.CLP-1 · 2.10절 · 27번우리말 번역

f(x)=(x2+1)sin⁡(x)f(x)= (x^2+1)^{\sin(x)} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(x2+1)sin⁡(x)f(x)= (x^2+1)^{\sin(x)}.

정답·풀이 보기

로그미분법을 이용한다. 함수를 다음과 같이 바꾸어 생각한다.

log⁡f(x)=log⁡(x2+1)⋅sin⁡x곱의 미분법과 합성함수의 미분법으로 미분한다:f′(x)f(x)=ddx{log⁡(x2+1)⋅sin⁡x}=cos⁡x⋅log⁡(x2+1)+2xsin⁡xx2+1마지막으로 f′(x) 에 대해 정리한다f′(x)=f(x)⋅(cos⁡x⋅log⁡(x2+1)+2xsin⁡xx2+1)=(x2+1)sin⁡(x)⋅(cos⁡x⋅log⁡(x2+1)+2xsin⁡xx2+1)\begin{aligned} \log f(x) &= \log(x^2+1) \cdot \sin x \\ \text{곱의 미분법과 합성함수의 미분법으로 미분한다:} \\ \dfrac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{ \log(x^2+1) \cdot \sin x \right\} = \cos x \cdot \log(x^2+1) + \frac{2x\sin x}{x^2+1} \\ \text{마지막으로 $f'(x)$ 에 대해 정리한다} \\ f'(x) &= f(x) \cdot \left( \cos x \cdot \log(x^2+1) + \frac{2x\sin x}{x^2+1} \right) \\ &= (x^2+1)^{\sin(x)} \cdot \left( \cos x \cdot \log(x^2+1) + \frac{2x\sin x}{x^2+1} \right) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use logarithmic differentiation: we modify our function to consider

log⁡f(x)=log⁡(x2+1)⋅sin⁡xWe differentiate using the product and chain rules:f′(x)f(x)=ddx{log⁡(x2+1)⋅sin⁡x}=cos⁡x⋅log⁡(x2+1)+2xsin⁡xx2+1Finally, we solve for f′(x)f′(x)=f(x)⋅(cos⁡x⋅log⁡(x2+1)+2xsin⁡xx2+1)=(x2+1)sin⁡(x)⋅(cos⁡x⋅log⁡(x2+1)+2xsin⁡xx2+1)\begin{aligned} \log f(x) &= \log(x^2+1) \cdot \sin x \\ \text{We differentiate using the product and chain rules:} \\ \dfrac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{ \log(x^2+1) \cdot \sin x \right\} = \cos x \cdot \log(x^2+1) + \frac{2x\sin x}{x^2+1} \\ \text{Finally, we solve for $f'(x)$} \\ f'(x) &= f(x) \cdot \left( \cos x \cdot \log(x^2+1) + \frac{2x\sin x}{x^2+1} \right) \\ &= (x^2+1)^{\sin(x)} \cdot \left( \cos x \cdot \log(x^2+1) + \frac{2x\sin x}{x^2+1} \right) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 23번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
325.CLP-1 · 2.10절 · 28번우리말 번역

f(x)=xcos⁡3(x)f(x)= x^{\cos^3(x)} 이라 하자. 단, 정의역은 (0,∞)(0,\infty) 이다. f′(x)f'(x) 를 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=xcos⁡3(x)f(x)= x^{\cos^3(x)}, with domain (0,∞)(0,\infty). Find f′(x)f'(x).

정답·풀이 보기

로그미분법을 사용한다. 따라서 함수를 다음과 같이 바꾸어 생각한다.

log⁡f(x)=log⁡(x)⋅cos⁡3(x)미분하면 다음을 얻는다:f′(x)f(x)=ddx{log⁡(x)⋅cos⁡3(x)}=3cos⁡2(x)⋅(−sin⁡(x))⋅log⁡(x)+cos⁡3(x)x마지막으로 f′(x) 에 대해 풀면:f′(x)=f(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)=xcos⁡3(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)\begin{aligned} \log f(x) &= \log(x) \cdot \cos^3(x) \\ \text{미분하면 다음을 얻는다:} \\ \dfrac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{ \log(x) \cdot \cos^3(x) \right\} = 3\cos^2(x)\cdot (-\sin(x)) \cdot \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \\ \text{마지막으로 $f'(x)$ 에 대해 풀면:} \\ f'(x) &= f(x) \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \\ &= x^{\cos^3(x)} \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \end{aligned}

참고: 음수가 지수식의 밑일 때에는 복잡하게 행동한다. 예를 들어 식 (−1)x(-1)^x 은 xx 가 홀수의 역수일 때(예: x=15x=\frac{1}{5} 또는 x=17x=\frac{1}{7})는 정의되지만, xx 가 짝수의 역수일 때(예: x=12x=\frac{1}{2})는 정의되지 않는다. f(x)f(x) 의 정의역을 xx 가 항상 양수가 되도록 제한했으므로 이러한 복잡한 문제를 피할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

We use logarithmic differentiation; so we modify our function to consider

log⁡f(x)=log⁡(x)⋅cos⁡3(x)Differentiating, we find:f′(x)f(x)=ddx{log⁡(x)⋅cos⁡3(x)}=3cos⁡2(x)⋅(−sin⁡(x))⋅log⁡(x)+cos⁡3(x)xFinally, we solve for f′(x):f′(x)=f(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)=xcos⁡3(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)\begin{aligned} \log f(x) &= \log(x) \cdot \cos^3(x) \\ \text{Differentiating, we find:} \\ \dfrac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{ \log(x) \cdot \cos^3(x) \right\} = 3\cos^2(x)\cdot (-\sin(x)) \cdot \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \\ \text{Finally, we solve for $f'(x)$:} \\ f'(x) &= f(x) \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \\ &= x^{\cos^3(x)} \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \end{aligned}

Remark: negative numbers behave in a complicated manner when they are the base of an exponential expression. For example, the expression (−1)x(-1)^x is defined when xx is the reciprocal of an odd number (like x=15x=\frac{1}{5} or x=17x=\frac{1}{7}), but not when xx is the reciprocal of an even number (like x=12x=\frac{1}{2}). Since the domain of f(x)f(x) was restricted so that xx is always positive, we avoid these complications.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 16번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
326.CLP-1 · 2.10절 · 29번우리말 번역

f(x)=(3+sin⁡(x))x2−3f(x)= (3+\sin(x))^{x^2-3} 을 미분하세요.

영어 원문 보기

Differentiate f(x)=(3+sin⁡(x))x2−3f(x)= (3+\sin(x))^{x^2-3}.

정답·풀이 보기

로그미분법을 사용한다. 따라서 함수를 바꾸어 다음을 생각한다.

log⁡f(x)=(x2−3)⋅log⁡(3+sin⁡(x)) .미분하면:f′(x)f(x)=ddx{(x2−3)⋅log⁡(3+sin⁡(x))}=2xlog⁡(3+sin⁡(x))+(x2−3)cos⁡(x)3+sin⁡(x)마지막으로 f′(x) 에 대해 풀면:f′(x)=f(x)⋅[2xlog⁡(3+sin⁡(x))+(x2−3)cos⁡(x)3+sin⁡(x)]=(3+sin⁡(x))x2−3⋅[2xlog⁡(3+sin⁡(x))+(x2−3)cos⁡(x)3+sin⁡(x)]\begin{aligned} \log f(x) &= (x^2-3)\cdot \log(3+\sin(x))\,. \\ \text{미분하면:} \\ \frac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{(x^2-3)\cdot \log(3+\sin(x)) \right\}\\ &=2x\log(3+\sin(x)) + (x^2-3)\frac{\cos(x)}{3+\sin(x)} \\ \text{마지막으로 $f'(x)$ 에 대해 풀면:} \\ f'(x)&= f(x)\cdot \left[ 2x\log(3+\sin(x)) + \frac{(x^2-3)\cos(x)}{3+\sin(x)}\right]\\ &= (3+\sin(x))^{x^2-3}\cdot \left[ 2x\log(3+\sin(x)) + \frac{(x^2-3)\cos(x)}{3+\sin(x)}\right] \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use logarithmic differentiation. So, we modify our function and consider

log⁡f(x)=(x2−3)⋅log⁡(3+sin⁡(x)) .We differentiate:f′(x)f(x)=ddx{(x2−3)⋅log⁡(3+sin⁡(x))}=2xlog⁡(3+sin⁡(x))+(x2−3)cos⁡(x)3+sin⁡(x)Finally, we solve for f′(x):f′(x)=f(x)⋅[2xlog⁡(3+sin⁡(x))+(x2−3)cos⁡(x)3+sin⁡(x)]=(3+sin⁡(x))x2−3⋅[2xlog⁡(3+sin⁡(x))+(x2−3)cos⁡(x)3+sin⁡(x)]\begin{aligned} \log f(x) &= (x^2-3)\cdot \log(3+\sin(x))\,. \\ \text{We differentiate:} \\ \frac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{(x^2-3)\cdot \log(3+\sin(x)) \right\}\\ &=2x\log(3+\sin(x)) + (x^2-3)\frac{\cos(x)}{3+\sin(x)} \\ \text{Finally, we solve for $f'(x)$:} \\ f'(x)&= f(x)\cdot \left[ 2x\log(3+\sin(x)) + \frac{(x^2-3)\cos(x)}{3+\sin(x)}\right]\\ &= (3+\sin(x))^{x^2-3}\cdot \left[ 2x\log(3+\sin(x)) + \frac{(x^2-3)\cos(x)}{3+\sin(x)}\right] \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 11번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
327.CLP-1 · 2.11절 · 1번우리말 번역

x2+y2=1x^2+y^2=1 을 음함수 미분하면 2x+2yy′=02x+2yy'=0 이라는 식을 얻는다. y2y^2 을 미분하여 2yy′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=1x^2+y^2=1, we get the equation 2x+2yy′=02x+2yy'=0. In the step where we differentiate y2y^2 to obtain 2yy′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′y' 을 곱한다.

여기에는 분수식이 없으므로 몫의 미분법은 필요하지 않다. 지수함수는 (constant)function(\text{constant})^{\text{function}} 꼴이지만, 주어진 함수는 (function)constant(\text{function})^{\text{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′y'.

There is no need for the quotient rule here, as there are no quotients. Exponential functions have the form (constant)function(\text{constant})^{\text{function}}, but our function has the form (function)constant(\text{function})^{\text{constant}}, so we did not use (d).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 2번
# 음함수의 미분법계산기본자동 분류
328.CLP-1 · 2.11절 · 4번우리말 번역

xy+ex+ey=1xy + e^x + e^y = 1 일 때, dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 를 구하세요.

영어 원문 보기

Find dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} if xy+ex+ey=1xy + e^x + e^y = 1.

정답·풀이 보기

yy 는 xx 의 함수임을 기억하자. 먼저 음함수 미분을 한다.

xy+ex+ey=1y+xdydx+ex+eydydx=0이제, dydx 에 대해 푼다.xdydx+eydydx=−(ex+y)(x+ey)dydx=−(ex+y)dydx=−ex+yey+x\begin{aligned} xy + e^x + e^y &= 1\\ y+x\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^x+e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{이제, $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 에 대해 푼다.} \\ x\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-(e^x+y)\\ (x+e^y)\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-(e^x+y)\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{e^x+y}{e^y+x} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Remember that yy is a function of xx. We begin with implicit differentiation.

xy+ex+ey=1y+xdydx+ex+eydydx=0Now, we solve for dydx.xdydx+eydydx=−(ex+y)(x+ey)dydx=−(ex+y)dydx=−ex+yey+x\begin{aligned} xy + e^x + e^y &= 1\\ y+x\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^x+e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{Now, we solve for $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$.} \\ x\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-(e^x+y)\\ (x+e^y)\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-(e^x+y)\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{e^x+y}{e^y+x} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 12번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
329.CLP-1 · 2.11절 · 5번우리말 번역

ey=xy2+xe^y=xy^2+x 일 때, dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 를 구하세요.

영어 원문 보기

If ey=xy2+xe^y=xy^2+x, compute dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}.

정답·풀이 보기

등식의 양변을 xx 에 대해 미분한다.

eydydx=x⋅2ydydx+y2+1이제, 도함수를 한쪽으로 모아 푼다.eydydx−2xydydx=y2+1dydx(ey−2xy)=y2+1dydx=y2+1ey−2xy\begin{aligned} e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=x\cdot2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+y^2+1 \\ \text{이제, 도함수를 한쪽으로 모아 푼다.} \\ e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}-2xy\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=y^2+1\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\left(e^y-2xy\right)&=y^2+1\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=\frac{y^2+1}{e^y-2xy} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Differentiate both sides of the equation with respect to xx:

eydydx=x⋅2ydydx+y2+1Now, get the derivative on one side and solveeydydx−2xydydx=y2+1dydx(ey−2xy)=y2+1dydx=y2+1ey−2xy\begin{aligned} e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=x\cdot2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+y^2+1 \\ \text{Now, get the derivative on one side and solve} \\ e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}-2xy\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=y^2+1\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\left(e^y-2xy\right)&=y^2+1\\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=\frac{y^2+1}{e^y-2xy} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 11번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
330.CLP-1 · 2.11절 · 6번우리말 번역

x2tan⁡(πy/4)+2xlog⁡(y)=16x^2\tan(\pi y/4)+2x\log(y) = 16 일 때, y=1y=1 인 점에서 y′y' 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

If x2tan⁡(πy/4)+2xlog⁡(y)=16x^2\tan(\pi y/4)+2x\log(y) = 16, then find y′y' at the points where y=1y=1.

정답·풀이 보기
  • 먼저 y=1y=1 일 때의 xx 좌표를 구한다.

x2tan⁡(π4)+2xlog⁡(1)=16x2⋅1+2x⋅0=16x2=16\begin{aligned} x^2\tan\left(\frac{\pi}{4}\right)+2x\log(1) &= 16 \\ x^2\cdot 1 +2x\cdot 0 &=16\\ x^2 &= 16\\ \end{aligned}

따라서 x=±4x=\pm 4 이다.

  • 이제 음함수 미분을 이용하여 y′y' 을 x,yx,y 로 나타낸다.

x2tan⁡(πy/4)+2xlog⁡(y)=162xtan⁡(πy/4)+x2π4sec⁡2(πy/4)⋅y′+2log⁡(y)+2xy⋅y′=0 .\begin{aligned} x^2\tan(\pi y/4)+2x\log(y) &= 16\\ 2x\tan(\pi y/4) + x^2 \frac{\pi}{4}\sec^2(\pi y/4)\cdot y' + 2\log(y) + \frac{2x}{y} \cdot y' &= 0\,.\\ \end{aligned}

  • 이제 y=1y=1 을 대입하고 tan⁡(π/4)=1 ,sec⁡(π/4)=2\tan(\pi/4)=1\,, \sec(\pi/4)=\sqrt{2} 를 이용하면 다음을 얻는다.

2xtan⁡(π/4)+x2π4sec⁡2(π/4)y′+2log⁡(1)+2x⋅y′=02x+π2x2y′+2xy′=0y′=−2xx2π/2+2x=−4πx+4\begin{aligned} 2x\tan(\pi/4) + x^2 \frac{\pi}{4} \sec^2(\pi/4)y' + 2\log(1) + 2x\cdot y' &= 0\\ 2x + \frac{\pi}{2} x^2 y' +2x y' &= 0 \\ y' = -\frac{2x}{x^2 \pi/2 + 2x} &= -\frac{4}{\pi x + 4} \\ \end{aligned}

  • 따라서 (x,y)=(4,1)(x,y)=(4,1) 에서 y′=−44π+4=−1π+1y' = -\dfrac{4}{4\pi+4} = -\dfrac{1}{\pi + 1} 이다.
  • 그리고 (x,y)=(−4,1)(x,y)=(-4,1) 에서 y′=1π−1y' = \dfrac{1}{\pi-1} 이다.
원본 교재 풀이(영어)
  • First we find the xx-coordinates where y=1y=1.

x2tan⁡(π4)+2xlog⁡(1)=16x2⋅1+2x⋅0=16x2=16\begin{aligned} x^2\tan\left(\frac{\pi}{4}\right)+2x\log(1) &= 16 \\ x^2\cdot 1 +2x\cdot 0 &=16\\ x^2 &= 16\\ \end{aligned}

So x=±4x=\pm 4.

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

x2tan⁡(πy/4)+2xlog⁡(y)=162xtan⁡(πy/4)+x2π4sec⁡2(πy/4)⋅y′+2log⁡(y)+2xy⋅y′=0 .\begin{aligned} x^2\tan(\pi y/4)+2x\log(y) &= 16\\ 2x\tan(\pi y/4) + x^2 \frac{\pi}{4}\sec^2(\pi y/4)\cdot y' + 2\log(y) + \frac{2x}{y} \cdot y' &= 0\,.\\ \end{aligned}

  • Now set y=1y=1 and use tan⁡(π/4)=1 ,sec⁡(π/4)=2\tan(\pi/4)=1\,, \sec(\pi/4)=\sqrt{2} to get

2xtan⁡(π/4)+x2π4sec⁡2(π/4)y′+2log⁡(1)+2x⋅y′=02x+π2x2y′+2xy′=0y′=−2xx2π/2+2x=−4πx+4\begin{aligned} 2x\tan(\pi/4) + x^2 \frac{\pi}{4} \sec^2(\pi/4)y' + 2\log(1) + 2x\cdot y' &= 0\\ 2x + \frac{\pi}{2} x^2 y' +2x y' &= 0 \\ y' = -\frac{2x}{x^2 \pi/2 + 2x} &= -\frac{4}{\pi x + 4} \\ \end{aligned}

  • So at (x,y)=(4,1)(x,y)=(4,1) we have y′=−44π+4=−1π+1y' = -\dfrac{4}{4\pi+4} = -\dfrac{1}{\pi + 1}
  • and at (x,y)=(−4,1)(x,y)=(-4,1) we have y′=1π−1y' = \dfrac{1}{\pi-1}
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 10번
# 음함수의 미분법계산보통자동 분류
331.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
332.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
333.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
334.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
335.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
336.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
337.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
338.CLP-1 · 2.11절 · 14번우리말 번역

x2+(y+1)ey=5x^2+(y+1)e^y = 5 일 때, y=0y=0 인 점에서 y′y' 을 구하세요.

영어 원문 보기

If x2+(y+1)ey=5x^2+(y+1)e^y = 5, then find y′y' at the points where y=0y=0.

정답·풀이 보기
  • 먼저 y=0y=0 인 점의 xx 좌표를 구한다.

x2+(1)e0=5x2+1=5x2=4\begin{aligned} x^2+(1)e^0 &= 5 \\ x^2 +1 &=5\\ x^2&=4 \end{aligned}

따라서 x=2,−2x=2,-2 이다.

  • 이제 음함수 미분을 이용하여 y′y' 을 x,yx,y 에 관한 식으로 나타낸다.

2x+(y+1)eydydx+eydydx=0\begin{aligned} 2x+(y+1)e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \end{aligned}

  • 이제 y=0y=0 을 대입하면

2x+(0+1)e0dydx+e0dydx=02x+dydx+dydx=02x=−2dydxx=−dydx\begin{aligned} 2x+(0+1)e^0\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^0\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0\\ 2x+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0\\ 2x&=-2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\\ x&=-\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} \end{aligned}

  • 따라서 (x,y)=(2,0)(x,y)=(2,0) 에서 y′=−2y' = -2 이고,
  • (x,y)=(−2,0)(x,y)=(-2,0) 에서 y′=2y' = 2 이다.
원본 교재 풀이(영어)
  • First we find the xx-ordinates where y=0y=0.

x2+(1)e0=5x2+1=5x2=4\begin{aligned} x^2+(1)e^0 &= 5 \\ x^2 +1 &=5\\ x^2&=4 \end{aligned}

So x=2,−2x=2,-2.

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

2x+(y+1)eydydx+eydydx=0\begin{aligned} 2x+(y+1)e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \end{aligned}

  • Now set y=0y=0 to get

2x+(0+1)e0dydx+e0dydx=02x+dydx+dydx=02x=−2dydxx=−dydx\begin{aligned} 2x+(0+1)e^0\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+e^0\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0\\ 2x+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0\\ 2x&=-2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\\ x&=-\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} \end{aligned}

  • So at (x,y)=(2,0)(x,y)=(2,0) we have y′=−2y' = -2,
  • and at (x,y)=(−2,0)(x,y)=(-2,0) we have y′=2y' = 2.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.8절 · 24번
# 음함수의 미분법계산도전자동 분류
339.CLP-1 · 2.11절 · 15번우리말 번역

원 x2+y2=1x^2+y^2=1 과 타원 x2+3y2=1x^2+3y^2=1 의 접선이 서로 평행하게 되는 xx 의 값을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

For what values of xx do the circle x2+y2=1x^2+y^2=1 and the ellipse x2+3y2=1x^2+3y^2=1 have parallel tangent lines?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

접선의 기울기는 당연히 도함수로 주어지므로, 먼저 두 도형의 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 를 각각 구하자.

원의 경우, 음함수 미분을 하면2x+2ydydx=0이므로 dydx 에 대해 풀면dydx=−xy타원의 경우에도 음함수 미분을 하면:2x+6ydydx=0이므로 dydx 에 대해 풀면dydx=−x3y우리가 구하려는 것은 두 도함수가 같아지는 x 의 값이다. 그런데 두 도형에서 같은 x 에 대응하는 y 의 값은 다를 수 있으므로, y1 을 원 위에서 x 에 대응하는 y 의 값, y2 를 타원 위에서 x 에 대응하는 y 의 값이라 하자. 즉, x2+y12=1 이고 x2+3y22=1 이다. 원 위의 점 (x,y1) 에서의 기울기와 타원 위의 점 (x,y2) 에서의 기울기가 같으려면 다음이 성립해야 한다:−xy1=−x3y2x(1y1−13y2)=0따라서 x=0 또는 y1=3y2 이다. 원의 y 좌표가 타원의 y 좌표의 세 배가 되는 x 의 값이 무엇인지 생각해 보자. y1=3y2 이고, (x,y1) 이 원 위에 있고, (x,y2) 가 타원 위에 있다면, x2+y12=x2+(3y2)2=1 이고 x2+3y22=1 이다. 이 경우:x2+9y22=x2+3y229y22=3y22y2=0x=±1\begin{aligned} \\ \text{원의 경우, 음함수 미분을 하면} \\ 2x+2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{이므로 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 에 대해 풀면} \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{x}{y} \\ \text{타원의 경우에도 음함수 미분을 하면:} \\ 2x+6y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=0 \\ \text{이므로 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 에 대해 풀면} \\ \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}&=-\frac{x}{3y} \\ \text{우리가 구하려는 것은 두 도함수가 같아지는 $x$ 의 값이다. 그런데 두 도형에서 같은 $x$ 에 대응하는 $y$ 의 값은 다를 수 있으므로, $y_1$ 을 원 위에서 $x$ 에 대응하는 $y$ 의 값, $y_2$ 를 타원 위에서 $x$ 에 대응하는 $y$ 의 값이라 하자. 즉, $x^2+ y_1^2=1$ 이고 $x^2+3y_2^2=1$ 이다. 원 위의 점 $(x,y_1)$ 에서의 기울기와 타원 위의 점 $(x,y_2)$ 에서의 기울기가 같으려면 다음이 성립해야 한다:} \\ -\frac{x}{y_1}&=-\frac{x}{3y_2}\\ x\left(\frac{1}{y_1}-\frac{1}{3y_2}\right)&=0 \\ \text{따라서 $x=0$ 또는 $y_1=3y_2$ 이다. 원의 $y$ 좌표가 타원의 $y$ 좌표의 세 배가 되는 $x$ 의 값이 무엇인지 생각해 보자. $y_1=3y_2$ 이고, $(x,y_1)$ 이 원 위에 있고, $(x,y_2)$ 가 타원 위에 있다면, $x^2+y_1^2 =x^2+(3y_2)^2=1$ 이고 $x^2+3y_2^2=1$ 이다. 이 경우:} \\ x^2+9y_2^2&=x^2+3y_2^2\\ 9y_2^2&=3y_2^2\\ y_2&=0\\ x&=\pm 1 \end{aligned}

여기서는 약간 주의해야 한다. y=0y=0 일 때 두 곡선 모두 y′y' 이 정의되지 않는다. 두 곡선 모두 y=0y=0 일 때 접선이 수직이므로(따라서 실수값의 기울기가 없다!) 두 수직선은 실제로 평행하다.

따라서 x=0x=0 일 때와 x=±1x=\pm1 일 때, 두 곡선의 접선은 서로 평행하다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

The slope of the tangent line is, of course, given by the derivative, so let's start by finding dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} of both shapes.

For the circle, we differentiate implicitly2x+2ydydx=0and solve for dydxdydx=−xyFor the ellipse, we also differentiate implicitly:2x+6ydydx=0and solve for dydxdydx=−x3yWhat we want is a value of x where both derivatives are equal. However, they might have different values of y, so let’s let y1 be the y-values associated with x on the circle, and let y2 be the y-values associated with x on the ellipse. That is, x2+y12=1 and x2+3y22=1. For the slopes at (x,y1) on the circle and (x,y2) on the ellipse to be equal, we need:−xy1=−x3y2x(1y1−13y2)=0So x=0 or y1=3y2. Let’s think about which x-values will have a y-coordinate of the circle be three times as large as a y-coordinate of the ellipse. If y1=3y2, (x,y1) is on the circle, and (x,y2) is on the ellipse, then x2+y12=x2+(3y2)2=1 and x2+3y22=1. In this case:x2+9y22=x2+3y229y22=3y22y2=0x=±1\begin{aligned} \\ \text{For the circle, we differentiate implicitly} \\ 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} \\ \text{For the ellipse, we also differentiate implicitly:} \\ 2x+6y\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}{3y} \\ \text{What we want is a value of $x$ where both derivatives are equal. However, they might have different values of $y$, so let's let $y_1$ be the $y$-values associated with $x$ on the circle, and let $y_2$ be the $y$-values associated with $x$ on the ellipse. That is, $x^2+ y_1^2=1$ and $x^2+3y_2^2=1$. For the slopes at $(x,y_1)$ on the circle and $(x,y_2)$ on the ellipse to be equal, we need:} \\ -\frac{x}{y_1}&=-\frac{x}{3y_2}\\ x\left(\frac{1}{y_1}-\frac{1}{3y_2}\right)&=0 \\ \text{So $x=0$ or $y_1=3y_2$. Let's think about which $x$-values will have a $y$-coordinate of the circle be three times as large as a $y$-coordinate of the ellipse. If $y_1=3y_2$, $(x,y_1)$ is on the circle, and $(x,y_2)$ is on the ellipse, then $x^2+y_1^2 =x^2+(3y_2)^2=1$ and $x^2+3y_2^2=1$. In this case:} \\ x^2+9y_2^2&=x^2+3y_2^2\\ 9y_2^2&=3y_2^2\\ y_2&=0\\ x&=\pm 1 \end{aligned}

We need to be a tiny bit careful here: when y=0y=0, y′y' is not defined for either curve. For both curves, when y=0y=0, the tangent lines are vertical (and so have no real-valued slope!). Two vertical lines are indeed parallel.

So, for x=0x=0 and for x=±1x=\pm1, the two curves have parallel tangent lines.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 14번
# 음함수의 미분법계산도전자동 분류
340.CLP-1 · 2.14절 · 1번우리말 번역

함수 f(x)=exf(x)=e^x 의 180계 도함수는 무엇인가요?

영어 원문 보기

What is the 180th derivative of the function f(x)=exf(x)=e^x?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

exe^x 의 도함수는 exe^x 이다. 180번 미분하더라도 함수는 변하지 않는다. 따라서 f(180)=exf^{(180)}=e^x 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The derivative of exe^x is exe^x: taking derivatives leaves the function unchanged, even if we do it 180 times. So f(180)=exf^{(180)}=e^x.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 5번
# 이계도함수와 오목·볼록계산기본자동 분류