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

362문제 · 18 / 19쪽

341.CLP-1 · 2.14절 · 4번우리말 번역

다음 풀이에서 잘못된 부분을 찾고, 바르게 고친 답을 구하세요.

−14x2+2xy+y2=1-14x^2+2xy+y^2=1 이라 하자. 점 (1,3)\left(1,3\right) 에서 d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} 을 구한다. 음함수 미분하면:

−28x+2y+2xy′+2yy′=0x=1, y=3 을 대입하면:−28+6+2y′+6y′=0y′=114미분하면:y′′=0\begin{aligned} -28x+2y+2xy'+2yy'&=0 \\ \text{$x=1$, $y=3$ 을 대입하면:} \\ -28+6+2y'+6y'&=0\\ y'&=\frac{11}{4} \\ \text{미분하면:} \\ y''&=0 \end{aligned}

영어 원문 보기

Find the mistake(s) in the following work, and provide a corrected answer.

Suppose −14x2+2xy+y2=1-14x^2+2xy+y^2=1. We find d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} at the point (1,3)\left(1,3\right). Differentiating implicitly:

−28x+2y+2xy′+2yy′=0Plugging in x=1, y=3:−28+6+2y′+6y′=0y′=114Differentiating:y′′=0\begin{aligned} -28x+2y+2xy'+2yy'&=0 \\ \text{Plugging in $x=1$, $y=3$:} \\ -28+6+2y'+6y'&=0\\ y'&=\frac{11}{4} \\ \text{Differentiating:} \\ y''&=0 \end{aligned}

정답·풀이 보기

도함수 dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 의 값이 114\dfrac{11}{4} 인 것은 점 (1,3)(1,3) 에서뿐이다. 즉 미분계수가 항상 114\dfrac{11}{4} 인 것이 아니므로, 상수 114\dfrac{11}{4} 을 미분하여 d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} 을 구한 것은 잘못이다. 올바른 풀이는 다음과 같다.

−28x+2y+2xy′+2yy′=0x=1, y=3 을 대입하면:−28+6+2y′+6y′=0y′=114 점 (1,3) 에서식 −28x+2y+2xy′+2yy′=0 을 미분하면:−28+2y′+2y′+2xy′′+2y′y′+2yy′′=04y′+2(y′)2+2xy′′+2yy′′=28점 (1,3) 에서 y′=114 이다. 대입하면:4(114)+2(114)2+2(1)y′′+2(3)y′′=28y′′=1564\begin{aligned} -28x+2y+2xy'+2yy'&=0 \\ \text{$x=1$, $y=3$ 을 대입하면:} \\ -28+6+2y'+6y'&=0\\ y'&=\frac{11}{4} \quad\text{ 점 $(1,3)$ 에서} \\ \text{식 $-28x+2y+2xy'+2yy'=0$ 을 미분하면:} \\ -28+2y'+2y'+2xy''+2y'y'+2yy''&=0\\ 4y'+2(y')^2+2xy''+2yy''&=28 \\ \text{점 $(1,3)$ 에서 $y'=\dfrac{11}{4}$ 이다. 대입하면:} \\ 4\left(\frac{11}{4}\right)+2\left(\frac{11}{4}\right)^2+2(1)y''+2(3)y''&=28\\ y''&=\frac{15}{64} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The derivative dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} is 114\dfrac{11}{4} only at the point (1,3)(1,3): it is not constantly 114\dfrac{11}{4}, so it is wrong to differentiate the constant 114\dfrac{11}{4} to find d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2}. Below is a correct solution.

−28x+2y+2xy′+2yy′=0Plugging in x=1, y=3:−28+6+2y′+6y′=0y′=114 at the point (1,3)Differentiating the equation −28x+2y+2xy′+2yy′=0:−28+2y′+2y′+2xy′′+2y′y′+2yy′′=04y′+2(y′)2+2xy′′+2yy′′=28At the point (1,3), y′=114. Plugging in:4(114)+2(114)2+2(1)y′′+2(3)y′′=28y′′=1564\begin{aligned} -28x+2y+2xy'+2yy'&=0 \\ \text{Plugging in $x=1$, $y=3$:} \\ -28+6+2y'+6y'&=0\\ y'&=\frac{11}{4} \quad\text{ at the point $(1,3)$} \\ \text{Differentiating the equation $-28x+2y+2xy'+2yy'=0$:} \\ -28+2y'+2y'+2xy''+2y'y'+2yy''&=0\\ 4y'+2(y')^2+2xy''+2yy''&=28 \\ \text{At the point $(1,3)$, $y'=\dfrac{11}{4}$. Plugging in:} \\ 4\left(\frac{11}{4}\right)+2\left(\frac{11}{4}\right)^2+2(1)y''+2(3)y''&=28\\ y''&=\frac{15}{64} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 7번
# 이계도함수와 오목·볼록계산기본자동 분류
342.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
343.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
344.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
345.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
346.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
347.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
348.CLP-1 · 2.14절 · 15번우리말 번역

f(x)=2xf(x)=2^{x}이라 하자. nn이 0 이상의 정수일 때, f(n)(x)f^{(n)}(x)를 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=2xf(x)=2^{x}. What is f(n)(x)f^{(n)}(x), if nn is a whole number?

정답·풀이 보기

규칙을 찾기 위해 몇 번 미분한다.

ddx{2x}=2xlog⁡2d2dx2{2x}=2xlog⁡2⋅log⁡2=2x(log⁡2)2d3dx3{2x}=2x(log⁡2)2⋅log⁡2=2x(log⁡2)3미분할 때마다 원래 함수에 log⁡2가 한 번씩 더 곱해진다. 따라서 n계 도함수는 다음과 같다:dndxn{2x}=2x(log⁡2)n\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2^x\}&=2^x\log 2\\ \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{2^x\}&=2^x\log2 \cdot \log 2 = 2^x(\log2)^2\\ \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{x}^3}\{2^x\}&=2^x(\log2)^2 \cdot \log 2 = 2^x(\log2)^3 \\ \text{미분할 때마다 원래 함수에 $\log 2$가 한 번씩 더 곱해진다. 따라서 $n$계 도함수는 다음과 같다:} \\ \frac{\mathrm{d}^n}{\mathrm{d}{x}^n}\{2^x\}&=2^x(\log2)^n \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We differentiate a few time to find the pattern.

ddx{2x}=2xlog⁡2d2dx2{2x}=2xlog⁡2⋅log⁡2=2x(log⁡2)2d3dx3{2x}=2x(log⁡2)2⋅log⁡2=2x(log⁡2)3Every time we differentiate, we multiply the original function by another factor of log⁡2. So, the nth derivative is given by:dndxn{2x}=2x(log⁡2)n\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2^x\}&=2^x\log 2\\ \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{2^x\}&=2^x\log2 \cdot \log 2 = 2^x(\log2)^2\\ \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{x}^3}\{2^x\}&=2^x(\log2)^2 \cdot \log 2 = 2^x(\log2)^3 \\ \text{Every time we differentiate, we multiply the original function by another factor of $\log 2$. So, the $n$th derivative is given by:} \\ \frac{\mathrm{d}^n}{\mathrm{d}{x}^n}\{2^x\}&=2^x(\log2)^n \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 9번
# 이계도함수와 오목·볼록계산도전자동 분류
349.CLP-1 · 2.14절 · 16번우리말 번역

f(x)=ax3+bx2+cx+df(x)=ax^3+bx^2+cx+d라 하자. 여기서 aa, bb, cc, dd는 0이 아닌 상수이다. 모든 xx에 대해 dnfdxn=0\displaystyle \frac{\mathrm{d}^nf}{\mathrm{d}{x}^n}=0이 되도록 하는 가장 작은 정수 nn을 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=ax3+bx2+cx+df(x)=ax^3+bx^2+cx+d, where aa, bb, cc, and dd are nonzero constants. What is the smallest integer nn so that dnfdxn=0\displaystyle \frac{\mathrm{d}^nf}{\mathrm{d}{x}^n}=0 for all xx?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

거듭제곱 법칙을 이용하여 미분한다.

dfdx=3ax2+2bx+cd2fdx2=6ax+2bd3fdx3=6ad4fdx4=0\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}&=3ax^2+2bx+c\\ \frac{\mathrm{d}^2f}{\mathrm{d}{x}^2}&=6ax+2b\\ \frac{\mathrm{d}^3f}{\mathrm{d}{x}^3}&=6a\\ \frac{\mathrm{d}^4f}{\mathrm{d}{x}^4}&=0 \end{aligned}

위 계산에서 aa, bb, cc, dd는 모두 상수임에 유의한다. 이들은 0이 아닌 상수이므로 d3fdx3=6a≠0\displaystyle \frac{\mathrm{d}^3f}{\mathrm{d}{x}^3} =6a\neq 0이다. 따라서 4계 도함수가 처음으로 항등적으로 0이 되는 도함수이다: n=4n=4.

원본 교재 풀이(영어)

We differentiate using the power rule.

dfdx=3ax2+2bx+cd2fdx2=6ax+2bd3fdx3=6ad4fdx4=0\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}&=3ax^2+2bx+c\\ \frac{\mathrm{d}^2f}{\mathrm{d}{x}^2}&=6ax+2b\\ \frac{\mathrm{d}^3f}{\mathrm{d}{x}^3}&=6a\\ \frac{\mathrm{d}^4f}{\mathrm{d}{x}^4}&=0 \end{aligned}

In the above work, remember that aa, bb, cc, and dd are all constants. Since they are nonzero constants, d3fdx3=6a≠0\displaystyle \frac{\mathrm{d}^3f}{\mathrm{d}{x}^3} =6a\neq 0. So, the fourth derivative is the first derivative to be identically zero: n=4n=4.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 14번
# 이계도함수와 오목·볼록계산도전자동 분류
350.CLP-1 · 2.14절 · 20번우리말 번역

f(x)f(x) 가 처음 nn 계 도함수까지 모든 실수에서 존재하는 함수이고, f(n)(x)f^{(n)}(x) 가 근을 정확히 mm 개 갖는다고 하자. 이때 f(x)f(x) 가 가질 수 있는 근의 최대 개수를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) is a function whose first nn derivatives exist over all real numbers, and f(n)(x)f^{(n)}(x) has precisely mm roots. What is the maximum number of roots that f(x)f(x) may have?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 모든 실수에서 미분가능하므로 모든 실수에서 연속이기도 하다. 마찬가지로 f′(x)f'(x) 도 모든 실수에서 미분가능하므로 모든 실수에서 연속이고, f(x)f(x) 의 처음 nn 계 도함수까지 같은 방식으로 계속된다.

롤의 정리에 따르면, aa 와 bb 가 함수 gg 의 서로 다른 근이면 (a,b)(a,b) 의 어떤 cc 에 대해 g′(x)=0g'(x)=0 이다. 즉 g′g' 은 aa 와 bb 사이에 근을 갖는다. 이 생각을 확장하면, gg 가 서로 다른 근을 m+1m+1 개 가질 때 g′g' 은 서로 다른 근을 적어도 mm 개 가져야 한다. 아래의 그래프가 그 예이다.

그림

따라서 f(n)(x)f^{(n)}(x) 의 근이 mm 개뿐이면 f(n−1)(x)f^{(n-1)}(x) 의 근은 많아야 m+1m+1 개이다. 마찬가지로 f(n−1)(x)f^{(n-1)}(x) 의 근이 많아야 m+1m+1 개이므로 f(n−2)(x)f^{(n-2)}(x) 의 근은 많아야 m+2m+2 개이다. 이와 같이 계속하면 f(x)=f(n−n)(x)f(x)=f^{(n-n)}(x) 는 서로 다른 근을 많아야 m+nm+n 개 가진다.

원본 교재 풀이(영어)

Since f(x)f(x) is differentiable over all real numbers, it is also continuous over all real numbers. Similarly, f′(x)f'(x) is differentiable over all real numbers, so it is also continuous over all real numbers, and so on for the first nn derivatives of f(x)f(x).

Rolle's Theorem tells us that if aa and bb are distinct roots of a function gg, then g′(x)=0g'(x)=0 for some cc in (a,b)(a,b). That is, g′g' has a root strictly between aa and bb. Expanding this idea, if gg has m+1m+1 distinct roots, then g′g' must have at least mm distinct roots, as in the sketch below.

figure

So, if f(n)(x)f^{(n)}(x) has only mm roots, then f(n−1)(x)f^{(n-1)}(x) has at most m+1m+1 roots. Similarly, since f(n−1)(x)f^{(n-1)}(x) has at most m+1m+1 roots, f(n−2)(x)f^{(n-2)}(x) has at most m+2m+2 roots. Continuing in this way, we see f(x)=f(n−n)(x)f(x)=f^{(n-n)}(x) has at most m+nm+n distinct roots.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.14절 · 16번
# 이계도함수와 오목·볼록계산도전자동 분류
351.CLP-1 · 3.2절 · 1번우리말 번역

두 양 PP 와 QQ 가 공식 P=Q3P=Q^3 으로 관계되어 있다고 합시다. PP 와 QQ 는 시간 tt 에 따라 변합니다. 이 정보가 주어졌을 때, 다음 중 풀 수 있는 문제를 모두 고르세요.

ⅰ. dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 이 주어졌을 때, dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요. (기억하세요: 기호 dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 은 시각 t=0t=0 에서 PP 의 tt 에 대한 미분계수를 뜻합니다.) ⅱ. dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 과 t=0t=0 일 때 QQ 의 값이 주어졌을 때, dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요. ⅲ. dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 이 주어졌을 때, dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요. ⅳ. dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 과 t=0t=0 일 때 PP 의 값이 주어졌을 때, dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose the quantities PP and QQ are related by the formula P=Q3P=Q^3. PP and QQ are changing with respect to time, tt. Given this information, which of the following are problems you could solve?

i. Given dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0), find dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0). (Remember: the notation dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) means the derivative of PP with respect to tt at the time t=0t=0.) ii. Given dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) and the value of QQ when t=0t=0, find dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0). iii. Given dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0), find dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0). iv. Given dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) and the value of PP when t=0t=0, find dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0).

정답·풀이 보기

PP 와 QQ 를 관계짓는 등식이 있다:

P=Q3제3의 변수 t 에 대해 음함수 미분한다:dPdt=3Q2⋅dQdt\begin{aligned} P&=Q^3 \\ \text{제3의 변수 $t$ 에 대해 음함수 미분한다:} \\ \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}&=3Q^2\cdot\frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} \end{aligned}

세 양 dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}, QQ, dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} 중 두 가지를 알면 나머지 하나를 구할 수 있다. 따라서 ⅱ는 풀 수 있는 문제이다. PP 를 알면 QQ 도 알 수 있으므로(PP 의 세제곱근이다), ⅳ도 풀 수 있다. 그러나 PP 와 QQ 를 둘 다 모르면, dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} 만으로는 dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t} 를 구할 수 없고, dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t} 만으로는 dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} 를 구할 수 없다. 따라서 ⅰ과 ⅲ은 풀 수 없다.

원본 교재 풀이(영어)

We have an equation relating PP and QQ:

P=Q3We differentiate implicitly with respect to a third variable, t:dPdt=3Q2⋅dQdt\begin{aligned} P&=Q^3 \\ \text{We differentiate implicitly with respect to a third variable, $t$:} \\ \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}&=3Q^2\cdot\frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} \end{aligned}

If we know two of the three quantities dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}, QQ, and dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}, then we can find the third. Therefore, ii is a question we can solve. If we know PP, then we also know QQ (it's just the cube root of PP), so also we can solve iv. However, if we know neither PP nor QQ, then we can't find dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t} based only off dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}, and we can't find dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} based only off dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}. So we can't solve i or iii.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 1번
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352.Active Calculus · 2.2절 · 5번우리말 번역

f(x)=3cos⁡(x)−2sin⁡(x)+6f(x) = 3\cos(x) - 2\sin(x) + 6 이라 하자.

(a) a=π4a = \frac{\pi}{4} 인 점에서 y=f(x)y = f(x) 의 접선의 기울기를 정확히 구하세요. (b) a=πa = \pi 인 점에서 y=f(x)y = f(x) 의 접선을 이용한 근사식을 구하세요. (c) a=π2a = \frac{\pi}{2} 인 점에서 ff 는 증가합니까, 감소합니까, 아니면 어느 쪽도 아닙니까? (d) a=3π2a = \frac{3\pi}{2} 인 점에서 y=f(x)y = f(x) 의 접선은 곡선의 위쪽에 있습니까, 아래쪽에 있습니까, 아니면 어느 쪽도 아닙니까? 함수나 접선의 그래프를 그리지 않고도 이 문제에 답하려면 어떻게 해야 하는지 설명하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=3cos⁡(x)−2sin⁡(x)+6f(x) = 3\cos(x) - 2\sin(x) + 6.

(a) Determine the exact slope of the tangent line to y=f(x)y = f(x) at the point where a=π4a = \frac{\pi}{4}. (b) Determine the tangent line approximation to y=f(x)y = f(x) at the point where a=πa = \pi. (c) At the point where a=π2a = \frac{\pi}{2}, is ff increasing, decreasing, or neither? (d) At the point where a=3π2a = \frac{3\pi}{2}, does the tangent line to y=f(x)y = f(x) lie above the curve, below the curve, or neither? How can you answer this question without even graphing the function or the tangent line?

정답·풀이 보기

(a) a=π4a = \frac{\pi}{4} 에서 ff 의 그래프에 접하는 직선의 기울기는 f′(π4)f'\left(\frac{\pi}{4}\right) 이다. f′(π4)f'\left(\frac{\pi}{4}\right) 를 구하기 위해 먼저 f′(x)f'(x) 를 구하면 f′(x)=−3sin⁡(x)−2cos⁡(x)f'(x) = -3\sin(x) - 2\cos(x) 이다. 따라서 f′(π4)=−3sin⁡(π4)−2cos⁡(π4)−3(22)−3(22)=−5(22) .\begin{aligned}f'\left(\frac{\pi}{4}\right) &= -3\sin\left(\frac{\pi}{4}\right) - 2\cos\left(\frac{\pi}{4}\right) \\ & -3\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right) - 3\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right) = -5\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)\end{aligned}\,. (b) a=πa = \pi 에서 ff 의 일차근사식 L(x)L(x) 는 (x)=f(π)+f′(π)(x−π)(x) = f(\pi) + f'(\pi)(x-\pi)L 이다. (a)에서 f′(x)f'(x) 를 구했으므로 f′(π)=−3sin⁡(π)−2cos⁡(π)=2f'(\pi) = -3\sin(\pi) - 2\cos(\pi) = 2 이다. 또한 f(π)=3cos⁡(π)−2sin⁡(π)+6=3f(\pi) = 3\cos(\pi) - 2\sin(\pi) + 6 = 3 이다. 따라서 L(x)=3+2(x−π)L(x) = 3+2(x-\pi) 이다. (c) 미분가능한 함수 ff 가 x=ax=a 에서 증가하는 것은 f′(a)>0f'(a) > 0 일 때, 그리고 그 경우에 한하고, 감소하는 것은 f′(a)<0f'(a) < 0 일 때, 그리고 그 경우에 한한다. 그런데 f′(π2)=−3sin⁡(π2)−2cos⁡(π2)=−3f'\left(\frac{\pi}{2}\right) = -3\sin\left(\frac{\pi}{2}\right) - 2\cos\left(\frac{\pi}{2}\right) = -3 이므로 ff 는 a=π2a = \frac{\pi}{2} 에서 감소한다. (d) 함수 ff 로 정의된 곡선이 x=ax=a 에서 아래로 볼록이면 x=ax=a 에서 ff 의 접선은 곡선의 아래쪽에 있고, ff 의 그래프가 x=ax=a 에서 위로 볼록이면 x=ax=a 에서 ff 의 접선은 곡선의 위쪽에 있다. 곡선의 오목·볼록은 이계도함수로 결정되며 f′′(x)=−3cos⁡(x)+2sin⁡(x)f''(x) = -3\cos(x)+2\sin(x) 이다. f′′(3π2)=−3cos⁡(3π2)+2sin⁡(3π2)=−2f''\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -3\cos\left(\frac{3\pi}{2}\right) + 2\sin\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -2 이므로 ff 의 그래프는 a=3π2a = \frac{3\pi}{2} 에서 위로 볼록이고, 이 점에서 ff 의 접선은 곡선의 위쪽에 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The slope of the line tangent to the graph of ff at a=π4a = \frac{\pi}{4} is given by f′(π4)f'\left(\frac{\pi}{4}\right). To find f′(π4)f'\left(\frac{\pi}{4}\right) we first find f′(x)f'(x), which is f′(x)=−3sin⁡(x)−2cos⁡(x)f'(x) = -3\sin(x) - 2\cos(x). Thus, f′(π4)=−3sin⁡(π4)−2cos⁡(π4)−3(22)−3(22)=−5(22) .\begin{aligned}f'\left(\frac{\pi}{4}\right) &= -3\sin\left(\frac{\pi}{4}\right) - 2\cos\left(\frac{\pi}{4}\right) \\ & -3\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right) - 3\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right) = -5\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)\end{aligned}\,. (b) The linearization L(x)L(x) to ff at a=πa = \pi is (x)=f(π)+f′(π)(x−π)(x) = f(\pi) + f'(\pi)(x-\pi)L. We calculated f′(x)f'(x) in part (a) and so f′(π)=−3sin⁡(π)−2cos⁡(π)=2f'(\pi) = -3\sin(\pi) - 2\cos(\pi) = 2. We also have f(π)=3cos⁡(π)−2sin⁡(π)+6=3f(\pi) = 3\cos(\pi) - 2\sin(\pi) + 6 = 3. Hence L(x)=3+2(x−π)L(x) = 3+2(x-\pi). (c) A differentiable function ff is increasing at x=ax=a if and only if f′(a)>0f'(a) > 0 and decreasing if and only if f′(a)<0f'(a) < 0. Now f′(π2)=−3sin⁡(π2)−2cos⁡(π2)=−3f'\left(\frac{\pi}{2}\right) = -3\sin\left(\frac{\pi}{2}\right) - 2\cos\left(\frac{\pi}{2}\right) = -3, so ff is decreasing at a=π2a = \frac{\pi}{2}. (d) If a curve defined by a function ff is concave up at x=ax=a, then the tangent line to ff at x=ax=a lies below the curve and if the graph of ff is concave down at x=ax=a, then the tangent line to ff at x=ax=a lies above the curve. The concavity of a curve is determined by the second derivative and f′′(x)=−3cos⁡(x)+2sin⁡(x)f''(x) = -3\cos(x)+2\sin(x). Since f′′(3π2)=−3cos⁡(3π2)+2sin⁡(3π2)=−2 ,f''\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -3\cos\left(\frac{3\pi}{2}\right) + 2\sin\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -2\,, the graph of ff is concave down at a=3π2a = \frac{3\pi}{2} and the tangent line to ff lies above the curve at this point.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.2절 · 4번
# 삼각함수의 미분계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
353.Active Calculus · 2.3절 · 11번우리말 번역

ff 와 gg 를 미분가능한 함수라 하고, 다음 정보가 알려져 있다고 하자: f(2)=5f(2) = 5, g(2)=−3g(2) = -3, f′(2)=−1/2f'(2) = -1/2, g′(2)=2g'(2) = 2.

(a) h(x)=g(x)⋅f(x)h(x) = g(x) \cdot f(x) 로 정의된 새로운 함수를 hh 라 하자. h(2)h(2) 와 h′(2)h'(2) 를 구하세요. (b) 점 (2,h(2))(2,h(2)) 에서 y=h(x)y = h(x) 의 접선의 방정식을 구하세요. (단, hh 는 (a)에서 정의한 함수입니다.) (c) r(x)=g(x)f(x)r(x) = \frac{g(x)}{f(x)} 로 정의된 함수를 rr 라 하자. a=2a = 2 에서 rr 는 증가하나요, 감소하나요, 아니면 둘 다 아닌가요? 그 이유는 무엇인가요? (d) 점 (2,r(2))(2,r(2)) 에서 rr 의 국소선형근사를 이용하여 r(2.06)r(2.06) 의 값을 어림하세요. (단, rr 는 (c)에서 정의한 함수입니다.)

영어 원문 보기

Let ff and gg be differentiable functions for which the following information is known: f(2)=5f(2) = 5, g(2)=−3g(2) = -3, f′(2)=−1/2f'(2) = -1/2, g′(2)=2g'(2) = 2.

(a) Let hh be the new function defined by the rule h(x)=g(x)⋅f(x)h(x) = g(x) \cdot f(x). Determine h(2)h(2) and h′(2)h'(2). (b) Find an equation for the tangent line to y=h(x)y = h(x) at the point (2,h(2))(2,h(2)) (where hh is the function defined in (a)). (c) Let rr be the function defined by the rule r(x)=g(x)f(x)r(x) = \frac{g(x)}{f(x)}. Is rr increasing, decreasing, or neither at a=2a = 2? Why? (d) Estimate the value of r(2.06)r(2.06) (where rr is the function defined in (c)) by using the local linearization of rr at the point (2,r(2))(2,r(2)).

정답·풀이 보기

(a) h(x)=g(x)⋅f(x)h(x) = g(x) \cdot f(x) 이므로 h(2)=g(2)⋅f(2)=(5)⋅(−3)=−15h(2) = g(2) \cdot f(2) = (5) \cdot (-3) = -15 이다. 또한 곱의 미분법에 의해 h′(x)=g(x)⋅f′(x)+f(x)⋅g′(x)h'(x) = g(x) \cdot f'(x) + f(x) \cdot g'(x) 이다. 주어진 함숫값과 미분계수를 이용하면 h′(2)=g(2)⋅f′(2)+f(2)⋅g′(2)=(−3)(−1/2)+(5)(2)=23/2h'(2) = g(2) \cdot f'(2) + f(2) \cdot g'(2) = (-3)(-1/2) + (5)(2) = 23/2 이다. (b) a=2a=2 에서 hh 의 접선은 L(x)=h(2)+h′(2)(x−2)L(x) = h(2) + h'(2)(x-2) 이므로, (a)의 결과를 이용하면 L(x)=−15+23/2(x−2)L(x) = -15 + 23/2(x-2) 이다. (c) r(x)=g(x)f(x)r(x) = \frac{g(x)}{f(x)} 이고 몫의 미분법에 의해 r′(x)=f(x)⋅g′(x)−g(x)⋅f′(x)(f(x))2r'(x) = \frac{f(x) \cdot g'(x) - g(x) \cdot f'(x)}{(f(x))^2} 이므로 r′(2)=f(2)⋅g′(2)−g(2)⋅f′(2)(f(2))2r'(2) = \frac{f(2) \cdot g'(2) - g(2) \cdot f'(2)}{(f(2))^2} 이다. 주어진 함숫값과 미분계수를 이용하면 r′(2)=(5)(2)−(−3)(−1/2)(5)2=17/225=1750r'(2) = \frac{(5)(2) - (-3)(-1/2)}{(5)^2} = \frac{17/2}{25} = \frac{17}{50} 이다. 따라서 r′(2)>0r'(2) > 0 이므로 rr 는 a=2a = 2 에서 증가한다. (d) a=2a=2 에서 rr 의 국소선형근사는 L(x)=r(2)+r′(2)(x−2)=−35+1750(x−2)L(x) = r(2) + r'(2)(x-2) = -\frac{3}{5} + \frac{17}{50}(x-2) 이므로 r(2.06)≈L(2.06)=−35+1750(2.06−2)=−0.5796r(2.06) \approx L(2.06) = -\frac{3}{5} + \frac{17}{50}(2.06-2) = -0.5796 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since h(x)=g(x)⋅f(x)h(x) = g(x) \cdot f(x), it follows h(2)=g(2)⋅f(2)=(5)⋅(−3)=−15h(2) = g(2) \cdot f(2) = (5) \cdot (-3) = -15. Further, by the product rule, we know that h′(x)=g(x)⋅f′(x)+f(x)⋅g′(x)h'(x) = g(x) \cdot f'(x) + f(x) \cdot g'(x). Using the given function and derivative values, h′(2)=g(2)⋅f′(2)+f(2)⋅g′(2)=(−3)(−1/2)+(5)(2)=23/2h'(2) = g(2) \cdot f'(2) + f(2) \cdot g'(2) = (-3)(-1/2) + (5)(2) = 23/2. (b) The tangent line to hh at a=2a=2 is given by L(x)=h(2)+h′(2)(x−2)L(x) = h(2) + h'(2)(x-2), so using our results from (a), we have L(x)=−15+23/2(x−2)L(x) = -15 + 23/2(x-2). (c) Since r(x)=g(x)f(x)r(x) = \frac{g(x)}{f(x)}, but the quotient rule that r′(x)=f(x)⋅g′(x)−g(x)⋅f′(x)(f(x))2r'(x) = \frac{f(x) \cdot g'(x) - g(x) \cdot f'(x)}{(f(x))^2}, and thus r′(2)=f(2)⋅g′(2)−g(2)⋅f′(2)(f(2))2r'(2) = \frac{f(2) \cdot g'(2) - g(2) \cdot f'(2)}{(f(2))^2}. Employing the known function and derivative values, r′(2)=(5)(2)−(−3)(−1/2)(5)2=17/225=1750r'(2) = \frac{(5)(2) - (-3)(-1/2)}{(5)^2} = \frac{17/2}{25} = \frac{17}{50}. Therefore, r′(2)>0r'(2) > 0, and rr is increasing at a=2a = 2. (d) The local linearization of rr at a=2a=2 is L(x)=r(2)+r′(2)(x−2)=−35+1750(x−2)L(x) = r(2) + r'(2)(x-2) = -\frac{3}{5} + \frac{17}{50}(x-2), and thus r(2.06)≈L(2.06)=−35+1750(2.06−2)=−0.5796r(2.06) \approx L(2.06) = -\frac{3}{5} + \frac{17}{50}(2.06-2) = -0.5796.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.3절 · 15번
# 곱과 몫의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
354.Active Calculus · 2.3절 · 13번우리말 번역

두 함수 r(t)=ttr(t) = t^t 와 s(t)=arccos⁡(t)s(t) = \arccos(t) 를 생각하세요. 이 두 함수에 대해 r′(t)=tt(ln⁡(t)+1)r'(t) = t^t(\ln(t) + 1) 이고 s′(t)=−11−t2s'(t) = -\frac{1}{\sqrt{1-t^2}} 임이 주어져 있습니다. 이 도함수 공식이 어디에서 나오는지는 신경 쓰지 않아도 됩니다. 두 함수 모두 정의역을 0<t<10 < t < 1 로 제한하여 생각합니다.

(a) w(t)=ttarccos⁡(t)w(t) = t^t \arccos(t) 라고 하자. w′(t)w'(t) 를 구하세요. (b) y=w(t)y = w(t) 위의 점 (12,w(12))(\frac{1}{2}, w(\frac{1}{2})) 에서의 접선의 방정식을 구하세요. (c) v(t)=ttarccos⁡(t)v(t) = \frac{t^t}{\arccos(t)} 라고 하자. t=12t = \frac{1}{2} 인 순간에 vv 는 증가하나요, 감소하나요? 그 이유는 무엇인가요?

영어 원문 보기

Consider the functions r(t)=ttr(t) = t^t and s(t)=arccos⁡(t)s(t) = \arccos(t), for which you are given the facts that r′(t)=tt(ln⁡(t)+1)r'(t) = t^t(\ln(t) + 1) and s′(t)=−11−t2s'(t) = -\frac{1}{\sqrt{1-t^2}}. Do not be concerned with where these derivative formulas come from. We restrict our interest in both functions to the domain 0<t<10 < t < 1.

(a) Let w(t)=ttarccos⁡(t)w(t) = t^t \arccos(t). Determine w′(t)w'(t). (b) Find an equation for the tangent line to y=w(t)y = w(t) at the point (12,w(12))(\frac{1}{2}, w(\frac{1}{2})). (c) Let v(t)=ttarccos⁡(t)v(t) = \frac{t^t}{\arccos(t)}. Is vv increasing or decreasing at the instant t=12t = \frac{1}{2}? Why?

정답·풀이 보기

(a) 곱의 미분법과 주어진 정보를 이용하면, w′(t)=ddt(tt)⋅(arccos⁡t)+tt⋅ddt(arccos⁡t)=tt(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡t)+tt⋅−11−t2\begin{aligned}w'(t) &= \frac{d}{dt}\left(t^t\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{d}{dt}\left(\arccos t\right) \\ &= t^t\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-t^2}}\end{aligned} 이다. (b) 국소선형근사 공식을 이용하면 L(t)=w(12)+w′(12)(t−12)L(t) = w\left(\frac{1}{2}\right) + w'\left(\frac{1}{2}\right) \left(t-\frac{1}{2}\right) 이다. ww 와 w′w' 의 식에 t=12t=\frac{1}{2} 을 대입하고 계산 도구를 사용하면 w(2)=(12)(12)arccos⁡(12)≈0.740w(2) = \left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\arccos\left(\frac{1}{2}\right) \approx 0.740 이고 w′(2)=[(12)(12)(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡(12))+(12)(12)⋅−11−(12)2]≈−0.589 w'(2) = \left[\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos \left(\frac{1}{2}\right)\right)+\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-\left(\frac{1}{2}\right)^2}}\right] \approx -0.589\, 이다. 따라서 L(t)≈0.740−0.589(t−0.5)L(t) \approx 0.740-0.589(t-0.5) 이다. (c) 몫의 미분법을 이용하면 v′(t)=frac(t)t(ln⁡(t)+1)(arccos⁡(t))−(t)t⋅(−11−(t)2)arccos⁡2(t) v'(t) = frac{(t)^{t}\left(\ln(t)+1\right)\left(\arccos(t)\right)-(t)^{t}\cdot\left(\frac{-1}{\sqrt{1-(t)^2}}\right)}{\arccos^2(t)}\, 이다. 계산 도구를 사용하여 v′(2)v'(2) 의 값을 구하면 v′(2)≈0.952v'(2) \approx 0.952 이다. 이 값이 양수이므로 t=12t=\frac{1}{2} 에서 vv 의 순간변화율은 양수이고, 이는 그 순간에 vv 가 증가함을 뜻한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the Product Rule and the information given, w′(t)=ddt(tt)⋅(arccos⁡t)+tt⋅ddt(arccos⁡t)=tt(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡t)+tt⋅−11−t2\begin{aligned}w'(t) &= \frac{d}{dt}\left(t^t\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{d}{dt}\left(\arccos t\right) \\ &= t^t\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-t^2}}\end{aligned} (b) Using the local linearization formula, we have L(t)=w(12)+w′(12)(t−12)L(t) = w\left(\frac{1}{2}\right) + w'\left(\frac{1}{2}\right) \left(t-\frac{1}{2}\right). Substituting t=12t=\frac{1}{2} into the formulas for ww and w′w' and using a computational device gives w(2)=(12)(12)arccos⁡(12)≈0.740w(2) = \left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\arccos\left(\frac{1}{2}\right) \approx 0.740 and w′(2)=[(12)(12)(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡(12))+(12)(12)⋅−11−(12)2]≈−0.589 .w'(2) = \left[\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos \left(\frac{1}{2}\right)\right)+\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-\left(\frac{1}{2}\right)^2}}\right] \approx -0.589\,. Thus, L(t)≈0.740−0.589(t−0.5)L(t) \approx 0.740-0.589(t-0.5). (c) Using the Quotient Rule, v′(t)=frac(t)t(ln⁡(t)+1)(arccos⁡(t))−(t)t⋅(−11−(t)2)arccos⁡2(t) .v'(t) = frac{(t)^{t}\left(\ln(t)+1\right)\left(\arccos(t)\right)-(t)^{t}\cdot\left(\frac{-1}{\sqrt{1-(t)^2}}\right)}{\arccos^2(t)}\,. Using a computational device to evaluate v′(2)v'(2), it follows v′(2)≈0.952v'(2) \approx 0.952. Since this number is positive, the instantaneous rate of change of vv at t=12t=\frac{1}{2} is positive, which means that vv is increasing at that instant.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.3절 · 11번
# 곱과 몫의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
355.Active Calculus · 2.3절 · 14번우리말 번역

넓은 땅을 가진 한 농부가 지금까지 매우 다양한 작물을 재배해 왔다. 에탄올 연료의 가격이 오르자, 그는 자신의 농지를 점점 더 많이 옥수수 생산에 쓰는 것이 현명하다고 판단한다. 옥수수를 점점 더 많이 재배하면서 그는 에이커당 수확량을 늘리는 요령을 익힌다. 올해 그는 자신의 땅 7000 에이커에 옥수수를 재배했고, 그 땅의 에이커당 평균 수확량은 170 부셸이었다. 현재 그는 옥수수 재배에 쓰는 면적을 매년 600 에이커의 비율로 늘릴 계획이며, 지금 평균 수확량이 매년 에이커당 8 부셸의 비율로 증가하고 있다고 예상한다. 이 정보를 이용하여 다음 물음에 답하세요.

(a) 올해를 t=0t = 0 이라 하고, A(t)A(t) 는 tt 년에 농부가 옥수수 재배에 쓰는 면적(에이커)을, Y(t)Y(t) 는 tt 년의 평균 수확량(에이커당 부셸)을, C(t)C(t) 는 농부가 생산하는 옥수수의 총 부셸 수를 나타낸다고 하자. C(t)C(t) 를 A(t)A(t) 와 Y(t)Y(t) 로 나타내는 식은 무엇인가요? 그 이유는 무엇인가요? (b) C(0)C(0) 의 값은 얼마인가요? 이 값은 무엇을 나타내나요? (c) C′(t)C'(t) 를 A(t)A(t), A′(t)A'(t), Y(t)Y(t), Y′(t)Y'(t) 로 나타내는 식을 쓰세요. 생각한 과정을 설명하세요. (d) C′(0)C'(0) 의 값은 얼마인가요? 이 값은 무엇을 나타내나요? (e) 주어진 정보와 위의 풀이를 바탕으로 C(1)C(1) 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

A farmer with large land holdings has historically grown a wide variety of crops. With the price of ethanol fuel rising, he decides that it would be prudent to devote more and more of his acreage to producing corn. As he grows more and more corn, he learns efficiencies that increase his yield per acre. In the present year, he used 7000 acres of his land to grow corn, and that land had an average yield of 170 bushels per acre. At the current time, he plans to increase his number of acres devoted to growing corn at a rate of 600 acres/year, and he expects that right now his average yield is increasing at a rate of 8 bushels per acre per year. Use this information to answer the following questions.

(a) Say that the present year is t=0t = 0, that A(t)A(t) denotes the number of acres the farmer devotes to growing corn in year tt, Y(t)Y(t) represents the average yield in year tt (measured in bushels per acre), and C(t)C(t) is the total number of bushels of corn the farmer produces. What is the formula for C(t)C(t) in terms of A(t)A(t) and Y(t)Y(t)? Why? (b) What is the value of C(0)C(0)? What does it measure? (c) Write an expression for C′(t)C'(t) in terms of A(t)A(t), A′(t)A'(t), Y(t)Y(t), and Y′(t)Y'(t). Explain your thinking. (d) What is the value of C′(0)C'(0)? What does it measure? (e) Based on the given information and your work above, estimate the value of C(1)C(1).

정답·풀이 보기

(a) A(t)A(t) 에이커에 에이커당 Y(t)Y(t) 부셸을 곱하면, tt 년에 농부가 생산하는 옥수수의 총 부셸 수 C(t)=A(t)Y(t)C(t) = A(t)Y(t) 부셸을 얻는다. (b) A(0)=7000A(0) = 7000 에이커이고 수확량이 Y(0)=170Y(0) = 170 에이커당 부셸로 주어져 있으므로 C(0)=A(0)Y(0)=(7000)(170)=1190000C(0) = A(0)Y(0) = (7000)(170) = 1190000 부셸이다. 따라서 농부는 올해 옥수수 11900001 190 000 부셸을 생산한다. (c) 곱의 미분법에 의해 C′(t)=A(t)Y′(t)+A′(t)Y(t)C'(t) = A(t)Y'(t) + A'(t)Y(t) 이다. (d) A(0)=7000A(0) = 7000 이고 Y(0)=170Y(0) = 170 이다. 또한 농부는 옥수수 재배 면적을 매년 600600 에이커의 비율로 늘릴 계획이고, 지금 평균 수확량이 매년 에이커당 88 부셸의 비율로 증가하고 있다고 예상한다고 주어져 있다. 따라서 A′(t)=600A'(t) = 600 이고 Y′(0)=8Y'(0) = 8 이다. 그러므로 C′(0)=A(0)Y′(0)+A′(0)Y(0)=(7000)(8)+(600)(170)=158000 .C'(0) = A(0)Y'(0) + A'(0)Y(0) = (7000)(8) + (600)(170) = 158 000\,. 여기서 A(t)A(t) 의 단위는 에이커이고 Y′(t)Y'(t) 의 단위는 매년 에이커당 부셸이므로, A(0)Y′(0)A(0)Y'(0) 의 단위는 부셸/년이다. 마찬가지로 A′(t)A'(t) 의 단위는 에이커/년이고 Y(t)Y(t) 의 단위는 에이커당 부셸이므로, A′(0)Y(0)A'(0)Y(0) 의 단위도 에이커당 부셸이다. 따라서 C′(0)C'(0) 의 단위는 에이커당 부셸이다. 그러므로 C′(0)=158000C'(0) = 158 000 은 농부가 생산할 수 있는 부셸 수가 올해 이후 매년 약 158000158 000 부셸씩 증가함을 나타낸다. (e) t=0t=0 에서 CC 의 선형근사는 L(t)=C(0)+C′(0)(t−0)=1190000+158000tL(t) = C(0) + C'(0)(t-0) = 119 0000 + 158 000t 이므로, C(1)≈L(1)=1190000+158000(1)=1348000C(1) \approx L(1) = 119 0000 + 158 000(1) = 1 348 000 부셸이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) If we multiply A(t)A(t) acres by Y(t)Y(t) bushels per acre, we arrive at C(t)=A(t)Y(t)C(t) = A(t)Y(t) bushels as the total number of bushels of corn the farmer produces in year tt. (b) We are given that A(0)=7000A(0) = 7000 acres with a yield of Y(0)=170Y(0) = 170 bushels per acre, giving us C(0)=A(0)Y(0)=(7000)(170)=1190000C(0) = A(0)Y(0) = (7000)(170) = 1190000 bushels. Thus, the farmer produces 11900001 190 000 bushels of corn in the present year. (c) The product rule tells us that C′(t)=A(t)Y′(t)+A′(t)Y(t)C'(t) = A(t)Y'(t) + A'(t)Y(t). (d) We know A(0)=7000A(0) = 7000 and Y(0)=170Y(0) = 170. We are also given that the farmer will increase his number of acres devoted to growing corn at a rate of 600600 acres/year, and he expects that right now his average yield is increasing at a rate of 88 bushels per acre per year. This tells us that A′(t)=600A'(t) = 600 and Y′(0)=8Y'(0) = 8. So C′(0)=A(0)Y′(0)+A′(0)Y(0)=(7000)(8)+(600)(170)=158000 .C'(0) = A(0)Y'(0) + A'(0)Y(0) = (7000)(8) + (600)(170) = 158 000\,. Note that the units of A(t)A(t) are acres and the units of Y′(t)Y'(t) are bushels per acre per year. So the units of A(0)Y′(0)A(0)Y'(0) are bushels per year. Similarly, the units of A′(t)A'(t) are acres per year and the units of Y(t)Y(t) are bushels per acre, so the units of A′(0)Y(0)A'(0)Y(0) are also bushels per acre. So the units of C′(0)C'(0) are bushels per acre. Therefore, C′(0)=158000C'(0) = 158 000 tells us that the number of bushels the farmer can produce will increase by approximately 158000158 000 bushels for each year past the present year. (e) The linearization of CC at t=0t=0 is L(t)=C(0)+C′(0)(t−0)=1190000+158000tL(t) = C(0) + C'(0)(t-0) = 119 0000 + 158 000t, C(1)≈L(1)=1190000+158000(1)=1348000C(1) \approx L(1) = 119 0000 + 158 000(1) = 1 348 000bushels.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 2.4절 · 6번
# 곱과 몫의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
356.Active Calculus · 2.4절 · 10번우리말 번역

p(z)p(z) 를 다음 규칙으로 주어진 함수라 하자.

p(z)=ztan⁡(z)z2sec⁡(z)+1+3ez+1 .p(z) = \frac{z\tan(z)}{z^2\sec(z) + 1} + 3 e^z + 1\,.

(a) p′(z)p'(z) 를 구하세요. (b) z=0z = 0 인 점에서 pp 의 접선의 방정식을 구하세요. (c) z=0z = 0 에서 pp 는 증가하는지, 감소하는지, 둘 다 아닌지 판단하세요. 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Let p(z)p(z) be given by the rule

p(z)=ztan⁡(z)z2sec⁡(z)+1+3ez+1 .p(z) = \frac{z\tan(z)}{z^2\sec(z) + 1} + 3 e^z + 1\,.

(a) Determine p′(z)p'(z). (b) Find an equation for the tangent line to pp at the point where z=0z = 0. (c) At z=0z = 0, is pp increasing, decreasing, or neither? Why?

정답·풀이 보기

(a) 몫의 미분법, 곱의 미분법, 합의 미분법, 상수배의 미분법을 사용하면 다음을 얻는다. p′(z)=ddz(ztan⁡(z)z2sec⁡(z)+1+3ez+1)=ddz(ztan⁡(z)z2sec⁡(z)+1)+ddz(3ez)+ddz(1)=(z2sec⁡(z)+1)ddz(ztan⁡(z))−ztan⁡(z)ddz(z2sec⁡(z)+1)(z2sec⁡(z)+1)2+3ez=(z2sec⁡(z)+1)(zsec⁡2(z)+tan⁡(z))−ztan⁡(z)(z2sec⁡(z)tan⁡(z)+2zsec⁡(z))(z2sec⁡(z)+1)2+3ez\begin{aligned}p'(z) &= \frac{d}{dz}\left(\frac{z\tan(z)}{z^2\sec(z) + 1} + 3 e^z + 1\right) \\ &= \frac{d}{dz}\left(\frac{z\tan(z)}{z^2\sec(z) + 1}\right) + \frac{d}{dz} \left(3 e^z \right) + \frac{d}{dz}(1) \\ &= \frac{\left(z^2\sec(z) +1 \right)\frac{d}{dz}\left(z\tan(z)\right) - z\tan(z) \frac{d}{dz}\left(z^2\sec(z) + 1\right)}{\left(z^2\sec(z) + 1\right)^2} +3e^z \\ &= \frac{\left(z^2\sec(z) +1 \right)\left(z\sec^2(z)+\tan(z)\right) - z\tan(z) \left(z^2\sec(z)\tan(z)+2z\sec(z)\right)}{\left(z^2\sec(z) + 1\right)^2} +3e^z\end{aligned} (b) p(0)=0+3+1=4p(0) = 0+3+1 = 4 이고 p′(0)=0+3=3p'(0) = 0+3=3 이므로, z=0z=0 인 점에서 pp 의 접선의 방정식은 y−4=3(x−0)y - 4 = 3(x-0) 이다. (c) p′(0)=3p'(0) = 3 이 양수이므로 pp 는 t=0t=0 에서 증가한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We use the quotient, product, sum, and constant multiple rules to obtain p′(z)=ddz(ztan⁡(z)z2sec⁡(z)+1+3ez+1)=ddz(ztan⁡(z)z2sec⁡(z)+1)+ddz(3ez)+ddz(1)=(z2sec⁡(z)+1)ddz(ztan⁡(z))−ztan⁡(z)ddz(z2sec⁡(z)+1)(z2sec⁡(z)+1)2+3ez=(z2sec⁡(z)+1)(zsec⁡2(z)+tan⁡(z))−ztan⁡(z)(z2sec⁡(z)tan⁡(z)+2zsec⁡(z))(z2sec⁡(z)+1)2+3ez\begin{aligned}p'(z) &= \frac{d}{dz}\left(\frac{z\tan(z)}{z^2\sec(z) + 1} + 3 e^z + 1\right) \\ &= \frac{d}{dz}\left(\frac{z\tan(z)}{z^2\sec(z) + 1}\right) + \frac{d}{dz} \left(3 e^z \right) + \frac{d}{dz}(1) \\ &= \frac{\left(z^2\sec(z) +1 \right)\frac{d}{dz}\left(z\tan(z)\right) - z\tan(z) \frac{d}{dz}\left(z^2\sec(z) + 1\right)}{\left(z^2\sec(z) + 1\right)^2} +3e^z \\ &= \frac{\left(z^2\sec(z) +1 \right)\left(z\sec^2(z)+\tan(z)\right) - z\tan(z) \left(z^2\sec(z)\tan(z)+2z\sec(z)\right)}{\left(z^2\sec(z) + 1\right)^2} +3e^z\end{aligned} (b) We have p(0)=0+3+1=4p(0) = 0+3+1 = 4 and p′(0)=0+3=3p'(0) = 0+3=3, so an equation for the tangent line to pp at the point where z=0z=0 is y−4=3(x−0)y - 4 = 3(x-0). (c) We found that p′(0)=3p'(0) = 3 is positive, so pp is increasing at t=0t=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.4절 · 9번
# 삼각함수의 미분계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
357.Active Calculus · 2.5절 · 11번우리말 번역

기본 함수 f(x)=x3f(x) = x^3 과 g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x) 를 생각하세요.

(a) h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) 라 하자. x=π4x = \frac{\pi}{4} 인 점에서 hh 의 순간변화율의 정확한 값을 구하세요. (b) x=0.25x = 0.25 에서 h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) 와 r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x)) 중 어느 함수가 가장 빠르게 변하고 있나요? 그 이유는 무엇인가요? (c) h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)), r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x)) 라 하자. 이 두 함수 중 도함수가 주기적인 것은 어느 것인가요? 그 이유는 무엇인가요?

영어 원문 보기

Consider the basic functions f(x)=x3f(x) = x^3 and g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x).

(a) Let h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)). Find the exact instantaneous rate of change of hh at the point where x=π4x = \frac{\pi}{4}. (b) Which function is changing most rapidly at x=0.25x = 0.25: h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) or r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x))? Why? (c) Let h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) and r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x)). Which of these functions has a derivative that is periodic? Why?

정답·풀이 보기

(a) h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) 이므로 연쇄 법칙에 의해 h′(x)=f′(g(x))⋅g′(x)h'(x) = f'(g(x)) \cdot g'(x) 이다. f(x)=x3f(x)=x^3, g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x) 이므로 f′(x)=3x2f'(x) = 3x^2, f′(g(x))=3sin⁡2(x)f'(g(x)) = 3\sin^2(x), g′(x)=cos⁡(x)g'(x) = \cos(x) 이다. 따라서 h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x) 이고, h′(π4)=3(12)2⋅12=322h'\left( \frac{\pi}{4} \right) = 3 \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{3}{2\sqrt{2}} 이다. (b) r′(x)=g′(f(x))⋅f′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = g'(f(x)) \cdot f'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2 임에 주목한다. 따라서 r′(0.25)=cos⁡(0.253)⋅3(0.25)2≈0.1875r'(0.25) = \cos(0.25^3) \cdot 3(0.25)^2 \approx 0.1875 이고, (a)의 결과를 이용하면 h′(0.25)=3sin⁡2(0.25)⋅cos⁡(0.25)≈0.1779h'(0.25) = 3\sin^2(0.25) \cdot \cos(0.25) \approx 0.1779 이다. 그러므로 ∣h′(0.25)<r′(0.25)∣|h'(0.25) < r'(0.25)| 이므로 rr 이 더 빠르게 변하고 있음을 알 수 있다. (c) (a)와 (b)에서 h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x), r′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2 임을 확인했다. h′(x)h'(x) 의 곱을 이루는 두 부분이 모두 주기함수이므로 h′(x)h'(x) 는 (주기 2π2\pi 로) 주기적이다. 그러나 xx 가 증가함에 따라 3x23x^2 은 한없이 커지므로 r′(x)r'(x) 는 주기적이지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)), by the chain rule we know that h′(x)=f′(g(x))⋅g′(x)h'(x) = f'(g(x)) \cdot g'(x). Using the facts that f(x)=x3f(x)=x^3 and g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x), it follows f′(x)=3x2f'(x) = 3x^2 and f′(g(x))=3sin⁡2(x)f'(g(x)) = 3\sin^2(x), and g′(x)=cos⁡(x)g'(x) = \cos(x). Therefore, h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x) and h′(π4)=3(12)2⋅12=322h'\left( \frac{\pi}{4} \right) = 3 \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{3}{2\sqrt{2}}. (b) Note that r′(x)=g′(f(x))⋅f′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = g'(f(x)) \cdot f'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2. Thus, we have r′(0.25)=cos⁡(0.253)⋅3(0.25)2≈0.1875r'(0.25) = \cos(0.25^3) \cdot 3(0.25)^2 \approx 0.1875, while using our work from (a), h′(0.25)=3sin⁡2(0.25)⋅cos⁡(0.25)≈0.1779h'(0.25) = 3\sin^2(0.25) \cdot \cos(0.25) \approx 0.1779, so since ∣h′(0.25)<r′(0.25)∣|h'(0.25) < r'(0.25)|, we see that rr is changing more rapidly. (c) We have observed in (a) and (b) that h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x) and r′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2. Because both parts of the product in h′(x)h'(x) are periodic functions, h′(x)h'(x) is periodic (with period 2π2\pi). However, r′(x)r'(x) is not periodic, since 3x23x^2 grows without bound as xx increases.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.6절 · 44번
# 합성함수의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
358.Active Calculus · 2.5절 · 12번우리말 번역

u(x)u(x) 를 미분가능한 함수라 하자. 다음 각 함수에 대해 도함수를 구하세요. 각 답에는 uu 및/또는 u′u' 이 포함됩니다.

(a) p(x)=eu(x)p(x) = e^{u(x)} (b) q(x)=u(ex)q(x) = u(e^x) (c) r(x)=cot⁡(u(x))r(x) = \cot(u(x)) (d) s(x)=u(cot⁡(x))s(x) = u(\cot(x)) (e) a(x)=u(x4)a(x) = u(x^4) (f) b(x)=(u(x))4b(x) = (u(x))^4

영어 원문 보기

Let u(x)u(x) be a differentiable function. For each of the following functions, determine the derivative. Each response will involve uu and/or u′u'.

(a) p(x)=eu(x)p(x) = e^{u(x)} (b) q(x)=u(ex)q(x) = u(e^x) (c) r(x)=cot⁡(u(x))r(x) = \cot(u(x)) (d) s(x)=u(cot⁡(x))s(x) = u(\cot(x)) (e) a(x)=u(x4)a(x) = u(x^4) (f) b(x)=(u(x))4b(x) = (u(x))^4

정답·풀이 보기

(a) 연쇄 법칙에 의해 p′(x)=eu(x)⋅u′(x)p'(x) = e^{u(x)} \cdot u'(x) 이다. (b) 연쇄 법칙에 의해 q′(x)=u′(ex)⋅exq'(x) = u'(e^x) \cdot e^x 이다. (c) 연쇄 법칙에 의해 r′(x)=−csc⁡2(u(x)⋅u′(x)r'(x) = -\csc^2(u(x) \cdot u'(x) 이다. (d) 연쇄 법칙에 의해 s′(x)=u′(cot⁡(x))⋅(−csc⁡2(x))s'(x) = u'(\cot(x)) \cdot (-\csc^2(x)) 이다. (e) 연쇄 법칙에 의해 a′(x)=u′(x4)⋅4x3a'(x) = u'(x^4) \cdot 4x^3 이다. (f) 연쇄 법칙에 의해 b′(x)=4(u(x))3⋅u′(x)b'(x) = 4(u(x))^3 \cdot u'(x) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) By the chain rule, p′(x)=eu(x)⋅u′(x)p'(x) = e^{u(x)} \cdot u'(x). (b) By the chain rule, q′(x)=u′(ex)⋅exq'(x) = u'(e^x) \cdot e^x. (c) By the chain rule, r′(x)=−csc⁡2(u(x)⋅u′(x)r'(x) = -\csc^2(u(x) \cdot u'(x). (d) By the chain rule, s′(x)=u′(cot⁡(x))⋅(−csc⁡2(x))s'(x) = u'(\cot(x)) \cdot (-\csc^2(x)). (e) By the chain rule, a′(x)=u′(x4)⋅4x3a'(x) = u'(x^4) \cdot 4x^3. (f) By the chain rule, b′(x)=4(u(x))3⋅u′(x)b'(x) = 4(u(x))^3 \cdot u'(x).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.6절 · 46번
# 합성함수의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
359.Active Calculus · 2.6절 · 8번우리말 번역

다음 각 함수의 도함수를 구하세요. 올바른 표기를 사용하고, 사용한 미분법을 분명히 밝히세요.

(a) f(x)=ln⁡(2arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5)f(x) = \ln(2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5) (b) r(z)=arctan⁡(ln⁡(arcsin⁡(z)))r(z) = \arctan(\ln(\arcsin(z))) (c) q(t)=arctan⁡2(3t)arcsin⁡4(7t)q(t) = \arctan^2(3t) \arcsin^4(7t) (d) g(v)=ln⁡(arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2)g(v) = \ln\left( \frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2} \right)

영어 원문 보기

Determine the derivative of each of the following functions. Use proper notation and clearly identify the derivative rules you use.

(a) f(x)=ln⁡(2arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5)f(x) = \ln(2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5) (b) r(z)=arctan⁡(ln⁡(arcsin⁡(z)))r(z) = \arctan(\ln(\arcsin(z))) (c) q(t)=arctan⁡2(3t)arcsin⁡4(7t)q(t) = \arctan^2(3t) \arcsin^4(7t) (d) g(v)=ln⁡(arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2)g(v) = \ln\left( \frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2} \right)

정답·풀이 보기

(a) 연쇄 법칙에 의해, f′(x)=12arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5⋅ddx(2arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5) ,f'(x) = \frac{1}{2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5} \cdot \frac{d}{dx}\left( 2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5\right)\,, 이고, 합과 상수배의 미분법에 의해 다음을 얻는다. f′(x)=12arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5⋅(21+x2+31−x2) .f'(x) = \frac{1}{2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5} \cdot \left(\frac{2}{1+x^2} + \frac{3}{\sqrt{1-x^2}}\right)\,. (b) 가장 바깥쪽 함수에 연쇄 법칙을 적용하면, r′(z)=11+(ln⁡(arcsin⁡(z)))2⋅ddz(ln⁡(arcsin⁡(z))) .r'(z) = \frac{1}{1+\left(\ln(\arcsin(z))\right)^2} \cdot \frac{d}{dz} \left( \ln(\arcsin(z)) \right)\,. ddz(ln⁡(arcsin⁡(z)))\frac{d}{dz} \left( \ln(\arcsin(z)) \right) 를 계산하기 위해 연쇄 법칙을 다시 적용하면, r′(z)=11+(ln⁡(arcsin⁡(z)))2⋅(1arcsin⁡(z))⋅ddz(arcsin⁡(z)) .r'(z) = \frac{1}{1+\left(\ln(\arcsin(z))\right)^2} \cdot \left( \frac{1}{\arcsin(z)} \right) \cdot \frac{d}{dz}\left(\arcsin(z)\right)\,. 마지막으로 ddz(arcsin⁡(z))\frac{d}{dz}\left(\arcsin(z)\right) 의 기본 공식을 이용하면, r′(z)=11+(ln⁡(arcsin⁡(z)))2⋅(1arcsin⁡(z))⋅11−z2 .r'(z) = \frac{1}{1+\left(\ln(\arcsin(z))\right)^2} \cdot \left( \frac{1}{\arcsin(z)} \right) \cdot \frac{1}{\sqrt{1-z^2}}\,. (c) 먼저 곱의 미분법에 의해, q′(t)=arctan⁡2(3t)⋅ddt(arcsin⁡4(7t))+arcsin⁡4(7t)⋅ddt(arctan⁡2(3t)) .q'(t) = \arctan^2(3t) \cdot \frac{d}{dt}\left(\arcsin^4(7t)\right) + \arcsin^4(7t) \cdot \frac{d}{dt}\left(\arctan^2(3t)\right)\,. 다음으로 arcsin⁡4(7t)=(arcsin⁡(7t))4\arcsin^4(7t) = \left(\arcsin(7t)\right)^4 이고 arctan⁡2(3t)=(arctan⁡(3t))2\arctan^2(3t) = \left( \arctan(3t) \right)^2 임을 떠올려, 연쇄 법칙을 적용해 이 함수들 각각의 도함수를 구하면 다음과 같다. q′(t)=arctan⁡2(3t)⋅[4arcsin⁡3(7t)ddt(arcsin⁡(7t))]+arcsin⁡4(7t)⋅[2arctan⁡(3t)ddt(arctan⁡(3t))] .q'(t) = \arctan^2(3t) \cdot \left[4\arcsin^3(7t) \frac{d}{dt}\left( \arcsin(7t) \right)\right] + \arcsin^4(7t) \cdot \left[2\arctan(3t) \frac{d}{dt}\left(\arctan(3t)\right) \right]\,. 마지막으로 남은 도함수를 계산하기 위해 연쇄 법칙을 한 번 더 적용하면, q′(t)=arctan⁡2(3t)⋅[4arcsin⁡3(7t)(71−(7t)2)]+arcsin⁡4(7t)⋅[2arctan⁡(3t)(31+(3t)2)] .q'(t) = \arctan^2(3t) \cdot \left[4\arcsin^3(7t) \left( \frac{7}{\sqrt{1-(7t)^2}} \right)\right] + \arcsin^4(7t) \cdot \left[2\arctan(3t) \left(\frac{3}{1+(3t)^2}\right) \right]\,. (d) 연쇄 법칙에 의해, g′(v)=1arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2⋅ddv[arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2]g'(v) = \frac{1}{ \frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2} } \cdot \frac{d}{dv}\left[ \frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2} \right] 따라서 몫의 미분법에 의해, g′(v)=1arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2⋅(arcsin⁡(v)+v2)⋅11+v2−arctan⁡(v)⋅(11−v2+2v)(arcsin⁡(v)+v2)2g'(v) = \frac{1}{\frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2}} \cdot \frac{(\arcsin(v) + v^2) \cdot \frac{1}{1+v^2} - \arctan(v) \cdot \left(\frac{1}{\sqrt{1-v^2}} + 2v \right)}{(\arcsin(v) + v^2)^2}

원본 교재 풀이(영어)

(a) By the chain rule, f′(x)=12arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5⋅ddx(2arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5) ,f'(x) = \frac{1}{2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5} \cdot \frac{d}{dx}\left( 2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5\right)\,, and by the sum and constant multiple rules, it follows that f′(x)=12arctan⁡(x)+3arcsin⁡(x)+5⋅(21+x2+31−x2) .f'(x) = \frac{1}{2\arctan(x) + 3\arcsin(x) + 5} \cdot \left(\frac{2}{1+x^2} + \frac{3}{\sqrt{1-x^2}}\right)\,. (b) By the chain rule applied to the outermost function, r′(z)=11+(ln⁡(arcsin⁡(z)))2⋅ddz(ln⁡(arcsin⁡(z))) .r'(z) = \frac{1}{1+\left(\ln(\arcsin(z))\right)^2} \cdot \frac{d}{dz} \left( \ln(\arcsin(z)) \right)\,. Applying the chain rule again to evaluate ddz(ln⁡(arcsin⁡(z)))\frac{d}{dz} \left( \ln(\arcsin(z)) \right), r′(z)=11+(ln⁡(arcsin⁡(z)))2⋅(1arcsin⁡(z))⋅ddz(arcsin⁡(z)) .r'(z) = \frac{1}{1+\left(\ln(\arcsin(z))\right)^2} \cdot \left( \frac{1}{\arcsin(z)} \right) \cdot \frac{d}{dz}\left(\arcsin(z)\right)\,. Finally, using the basic rule for ddz(arcsin⁡(z))\frac{d}{dz}\left(\arcsin(z)\right), r′(z)=11+(ln⁡(arcsin⁡(z)))2⋅(1arcsin⁡(z))⋅11−z2 .r'(z) = \frac{1}{1+\left(\ln(\arcsin(z))\right)^2} \cdot \left( \frac{1}{\arcsin(z)} \right) \cdot \frac{1}{\sqrt{1-z^2}}\,. (c) First, by the product rule, q′(t)=arctan⁡2(3t)⋅ddt(arcsin⁡4(7t))+arcsin⁡4(7t)⋅ddt(arctan⁡2(3t)) .q'(t) = \arctan^2(3t) \cdot \frac{d}{dt}\left(\arcsin^4(7t)\right) + \arcsin^4(7t) \cdot \frac{d}{dt}\left(\arctan^2(3t)\right)\,. Next, we recall that arcsin⁡4(7t)=(arcsin⁡(7t))4\arcsin^4(7t) = \left(\arcsin(7t)\right)^4 and arctan⁡2(3t)=(arctan⁡(3t))2\arctan^2(3t) = \left( \arctan(3t) \right)^2, and apply the chain rule to find the derivative of each of these functions to get q′(t)=arctan⁡2(3t)⋅[4arcsin⁡3(7t)ddt(arcsin⁡(7t))]+arcsin⁡4(7t)⋅[2arctan⁡(3t)ddt(arctan⁡(3t))] .q'(t) = \arctan^2(3t) \cdot \left[4\arcsin^3(7t) \frac{d}{dt}\left( \arcsin(7t) \right)\right] + \arcsin^4(7t) \cdot \left[2\arctan(3t) \frac{d}{dt}\left(\arctan(3t)\right) \right]\,. Finally, applying the chain rule one more time to evaluate the remaining derivatives, q′(t)=arctan⁡2(3t)⋅[4arcsin⁡3(7t)(71−(7t)2)]+arcsin⁡4(7t)⋅[2arctan⁡(3t)(31+(3t)2)] .q'(t) = \arctan^2(3t) \cdot \left[4\arcsin^3(7t) \left( \frac{7}{\sqrt{1-(7t)^2}} \right)\right] + \arcsin^4(7t) \cdot \left[2\arctan(3t) \left(\frac{3}{1+(3t)^2}\right) \right]\,. (d) By the chain rule, g′(v)=1arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2⋅ddv[arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2]g'(v) = \frac{1}{ \frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2} } \cdot \frac{d}{dv}\left[ \frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2} \right] Thus, by the quotient rule, g′(v)=1arctan⁡(v)arcsin⁡(v)+v2⋅(arcsin⁡(v)+v2)⋅11+v2−arctan⁡(v)⋅(11−v2+2v)(arcsin⁡(v)+v2)2g'(v) = \frac{1}{\frac{\arctan(v)}{\arcsin(v) + v^2}} \cdot \frac{(\arcsin(v) + v^2) \cdot \frac{1}{1+v^2} - \arctan(v) \cdot \left(\frac{1}{\sqrt{1-v^2}} + 2v \right)}{(\arcsin(v) + v^2)^2}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 2.7절 · 1번
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360.Active Calculus · 2.7절 · 12번우리말 번역

방정식 2y3+y2−y5=x4−2x3+x22y^3+y^2-y^5 = x^4 - 2x^3 + x^2 로 주어진 곡선을 생각하세요. 이 곡선의 접선이 수평이거나 수직인 점을 모두 구하세요. 반드시 그래프 도구를 사용하여 이 음함수 곡선을 그리고, 접선이 수평인 곳과 수직인 곳을 결정하기 위해 사용한 대수적 추론의 결과를 눈으로 확인하세요.

영어 원문 보기

Consider the curve given by the equation 2y3+y2−y5=x4−2x3+x22y^3+y^2-y^5 = x^4 - 2x^3 + x^2. Find all points at which the tangent line to the curve is horizontal or vertical. Be sure to use a graphing utility to plot this implicit curve and to visually check the results of algebraic reasoning that you use to determine where the tangent lines are horizontal and vertical.

정답·풀이 보기

먼저 음함수 미분으로 dydx\frac{dy}{dx} 를 구한다. 주어진 방정식의 양변을 yy 를 xx 의 함수로 보고 xx 에 대해 미분하면

6y2dydx+2ydydx−5y4dydx=4x3−6x2+2x .6y^2 \frac{dy}{dx} + 2y \frac{dy}{dx} - 5y^4 \frac{dy}{dx} = 4x^3 - 6x^2 + 2x\,. 좌변에서 dydx\frac{dy}{dx} 를 묶어 내고 dydx\frac{dy}{dx} 에 대해 나누어 풀면

dydx=4x3−6x2+2x6y2+2y−5y4=2x(2x2−3x+1)y(−5y3+6y+2) .\frac{dy}{dx} = \frac{4x^3 - 6x^2 + 2x}{6y^2 + 2y - 5y^4} = \frac{2x(2x^2 - 3x + 1)}{y(-5y^3 + 6y + 2)}\,. 접선은 dydx\frac{dy}{dx} 의 분자가 0인 곳에서 수평일 수 있고, dydx\frac{dy}{dx} 가 0인 곳에서 수직일 수 있다. 2x(2x2−3x+1)=02x(2x^2 - 3x + 1) = 0 을 풀면

2x(2x−1)(x−1)=02x(2x-1)(x-1) = 0

이므로 분자는 x=0,0.5,1x = 0, 0.5, 1 에서 0이다. 분모는 y(−5y3+6y+2)=0y(-5y^3 + 6y + 2) = 0 인 곳에서 0이다. 기술을 이용하여 −5y3+6y+2=0-5y^3 + 6y + 2 = 0 의 해를 어림하면 분모는 y=0y = 0 과 y≈−0.856,−0.379,1.235y \approx -0.856, -0.379, 1.235 에서 0이다.

다음으로, 수평 접선 또는 수직 접선이 생길 수 있는 이 점들의 좌표를 구해야 한다. 먼저 수평 접선이 생길 수 있는 위치를 생각한다. x=0x = 0 일 때 2y3+y2−y5=x4−2x3+x2=02y^3+y^2-y^5 = x^4 - 2x^3 + x^2 = 0 이므로 y2(2y+1−y3)=0y^2(2y + 1 - y^3) = 0 이고, 따라서 y=0y = 0, y=−1y=-1 또는 y≈−0.618,1.618y \approx -0.618, 1.618 이다. 그러면 살펴볼 점은 (0,0)(0,0), (0,−1)(0,-1), (0,−0.618)(0,-0.618), (0,1.618)(0,1.618) 의 네 개이다. 아래 그래프에서 (0,0)(0,0) 에서의 접선은 수평이 아니지만(이 점에서는 dydx\frac{dy}{dx} 의 분자와 분모가 모두 0이다) 나머지 세 점에서는 접선이 수평임을 분명히 알 수 있다.

이제 분자가 0인 다른 xx 의 값에 대해서도 같은 방식으로 추론한다. x=1x = 1 일 때 2y3+y2−y5=14−2⋅13+12=02y^3+y^2-y^5 = 1^4 - 2\cdot 1^3 + 1^2 = 0 이고, 여기서도 y=0y = 0, y=−1y=-1 또는 y≈−0.618,1.618y \approx -0.618, 1.618 이다. 그러면 접선이 수평일 수 있는 점은 (1,0)(1,0), (1,−1)(1,-1), (1,−0.618)(1,-0.618), (1,1.618)(1,1.618) 의 네 개이다. (1,0)(1,0) 에서는 수평 접선이 없지만 나머지 점에서는 그림에서 보듯이 수평 접선이 있다. x=0.5x = 0.5 일 때도 비슷하게 추론하면 2y3+y2−y5=0.54−2⋅0.53+0.52=0.6252y^3+y^2-y^5 = 0.5^4 - 2\cdot 0.5^3 + 0.5^2 = 0.625 이고, 이로부터 y≈−1.0493,0.2104,1.6139y \approx -1.0493, 0.2104, 1.6139 를 얻으므로 세 점 (0.5,−1.0493)(0.5,-1.0493), (0.5,0.2104)(0.5,0.2104), (0.5,1.6139)(0.5, 1.6139) 를 얻는다.

다시 분모가 0인 곳(y=0y = 0 과 y≈−0.856,−0.379,1.235y \approx -0.856, -0.379, 1.235)으로 돌아가서, 접선이 수직인 점을 구한다. 아래 그림에서 y=0y = 0 또는 y≈−0.856y \approx -0.856 일 때는 수직 접선이 없음이 분명하므로, 따져 볼 값은 y≈−0.379,1.235y \approx -0.379, 1.235 두 개이다.

y≈−0.379y \approx -0.379 일 때 2(−0.379)3+(−0.379)2−(−0.379)5=x4−2x3+x22(-0.379)^3+(-0.379)^2-(-0.379)^5 = x^4 - 2x^3 + x^2 이므로

x4−2x3+x2=0.0426x^4 - 2x^3 + x^2 = 0.0426

이고, 이로부터 x≈−0.1756,0.2912,0.7088,1.1756x \approx -0.1756, 0.2912, 0.7088, 1.1756 을 얻는다. 그림에서 (−0.1756,−0.379)(-0.1756,-0.379), (0.2912,−0.379)(0.2912,-0.379), (0.7088,−0.379)(0.7088,-0.379), (1.1756,−0.379)(1.1756,-0.379) 에 수직 접선이 있음을 확인할 수 있다.

마지막으로 y≈1.235y \approx 1.235 일 때 2(1.235)3+(1.235)2−(1.235)5=x4−2x3+x22(1.235)^3+(1.235)^2-(1.235)^5 = x^4 - 2x^3 + x^2 이므로

x4−2x3+x2=2.4195x^4 - 2x^3 + x^2 = 2.4195

이고, 따라서 기술을 이용하면 x≈−0.8437,1.8437x \approx -0.8437, 1.8437 이다. 이로써 접선이 수직인 점 (−0.8437,1.235)(-0.8437, 1.235) 와 (1.8437,1.235)(1.8437, 1.235) 가 추가로 나온다.

지금까지의 모든 풀이를 다음 그림에 정리하였다.

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원본 교재 풀이(영어)

First, we compute dydx\frac{dy}{dx} by implicit differentiation. Differentiating both sides of the given equation with respect to xx while treating yy as a function of xx, we see that

6y2dydx+2ydydx−5y4dydx=4x3−6x2+2x .6y^2 \frac{dy}{dx} + 2y \frac{dy}{dx} - 5y^4 \frac{dy}{dx} = 4x^3 - 6x^2 + 2x\,. Removing a factor of dydx\frac{dy}{dx} from the lefthand side and dividing to solve for dydx\frac{dy}{dx}, we have

dydx=4x3−6x2+2x6y2+2y−5y4=2x(2x2−3x+1)y(−5y3+6y+2) .\frac{dy}{dx} = \frac{4x^3 - 6x^2 + 2x}{6y^2 + 2y - 5y^4} = \frac{2x(2x^2 - 3x + 1)}{y(-5y^3 + 6y + 2)}\,. The tangent line is potentially horizontal where the numerator of dydx\frac{dy}{dx} is zero and potentially vertical where dydx\frac{dy}{dx} is zero. Solving 2x(2x2−3x+1)=02x(2x^2 - 3x + 1) = 0, we see that

2x(2x−1)(x−1)=02x(2x-1)(x-1) = 0

so the numerator is zero at x=0,0.5,1x = 0, 0.5, 1. The denominator is zero where y(−5y3+6y+2)=0y(-5y^3 + 6y + 2) = 0. Using technology to estimate where −5y3+6y+2=0-5y^3 + 6y + 2 = 0, we see the denominator is zero at y=0y = 0 and y≈−0.856,−0.379,1.235y \approx -0.856, -0.379, 1.235.

Next, we need to find the coordinates of these points where potential horizontal or vertical tangent lines occur. First, we consider the potential horizontal tangent line locations. When x=0x = 0, 2y3+y2−y5=x4−2x3+x2=02y^3+y^2-y^5 = x^4 - 2x^3 + x^2 = 0, and thus we know y2(2y+1−y3)=0y^2(2y + 1 - y^3) = 0, from which it follows that y=0y = 0, y=−1y=-1 or y≈−0.618,1.618y \approx -0.618, 1.618. This leads to four points to consider: (0,0)(0,0), (0,−1)(0,-1), (0,−0.618)(0,-0.618), and (0,1.618)(0,1.618). It is apparent from the graph shown below that the tangent line at (0,0)(0,0) is not horizontal (here both the numerator and denominator of dydx\frac{dy}{dx} are zero), but at each of the other three points, the tangent line is horizontal.

We now reason similarly for the other xx-values where the numerator is zero. At x=1x = 1, 2y3+y2−y5=14−2⋅13+12=02y^3+y^2-y^5 = 1^4 - 2\cdot 1^3 + 1^2 = 0, and here again y=0y = 0, y=−1y=-1 or y≈−0.618,1.618y \approx -0.618, 1.618. This leads to four potential points where the tangent line is horizontal: (1,0)(1,0), (1,−1)(1,-1), (1,−0.618)(1,-0.618), and (1,1.618)(1,1.618). At (1,0)(1,0), there's not a horizontal tangent line, but at each of the others there is, as seen in the figure. Similar reasoning when x=0.5x = 0.5 shows that 2y3+y2−y5=0.54−2⋅0.53+0.52=0.6252y^3+y^2-y^5 = 0.5^4 - 2\cdot 0.5^3 + 0.5^2 = 0.625, from which we find that y≈−1.0493,0.2104,1.6139y \approx -1.0493, 0.2104, 1.6139, and thus the three points (0.5,−1.0493)(0.5,-1.0493), (0.5,0.2104)(0.5,0.2104), (0.5,1.6139)(0.5, 1.6139).

Returning to where the denominator is zero (y=0y = 0 and y≈−0.856,−0.379,1.235y \approx -0.856, -0.379, 1.235), we now determine points where the tangent line is vertical. Is is apparent from the figure below that there are no vertical tangent lines when y=0y = 0 or y≈−0.856y \approx -0.856, so there are two values to pursue: y≈−0.379,1.235y \approx -0.379, 1.235.

When y≈−0.379y \approx -0.379, it follows that 2(−0.379)3+(−0.379)2−(−0.379)5=x4−2x3+x22(-0.379)^3+(-0.379)^2-(-0.379)^5 = x^4 - 2x^3 + x^2, so

x4−2x3+x2=0.0426x^4 - 2x^3 + x^2 = 0.0426

from which we find that x≈−0.1756,0.2912,0.7088,1.1756x \approx -0.1756, 0.2912, 0.7088, 1.1756. The figure confirms that there are vertical tangent lines at (−0.1756,−0.379)(-0.1756,-0.379), (0.2912,−0.379)(0.2912,-0.379), (0.7088,−0.379)(0.7088,-0.379), and (1.1756,−0.379)(1.1756,-0.379)

Lastly, when y≈1.235y \approx 1.235, it follows 2(1.235)3+(1.235)2−(1.235)5=x4−2x3+x22(1.235)^3+(1.235)^2-(1.235)^5 = x^4 - 2x^3 + x^2, so

x4−2x3+x2=2.4195x^4 - 2x^3 + x^2 = 2.4195

and thus via technology, x≈−0.8437,1.8437x \approx -0.8437, 1.8437. This leads to two additional points at which the tangent line is vertical: (−0.8437,1.235)(-0.8437, 1.235) and (1.8437,1.235)(1.8437, 1.235).

All of our above work is summarized in the following figure.

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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.8절 · 30번
# 음함수의 미분법계산자동 분류
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