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

572문제 · 26 / 29쪽

501.CLP-1 · 2.10절 · 14번우리말 번역

g(x)=log⁡(ex2+1+x4)g(x)=\log (e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}) 의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate the derivative of g(x)=log⁡(ex2+1+x4)g(x)=\log (e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}).

정답·풀이 보기

연쇄 법칙(합성함수의 미분법)을 이용하면

g′(x)=ddx{ex2+1+x4}ex2+1+x4=2xex2+4x321+x4ex2+1+x4(1+x41+x4)=2xex21+x4+2x3ex21+x4+1+x4\begin{aligned} g'(x)&=\frac{\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}\}}{e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}}\\ &=\frac{2xe^{x^2}+\frac{4x^3}{2\sqrt{1+x^4}}}{e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}}\left(\frac{\sqrt{1+x^4}}{\sqrt{1+x^4}}\right)\\ &=\frac{2xe^{x^2}\sqrt{1+x^4}+2x^3}{e^{x^2}\sqrt{1+x^4}+1+x^4} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Using the chain rule,

g′(x)=ddx{ex2+1+x4}ex2+1+x4=2xex2+4x321+x4ex2+1+x4(1+x41+x4)=2xex21+x4+2x3ex21+x4+1+x4\begin{aligned} g'(x)&=\frac{\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}\}}{e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}}\\ &=\frac{2xe^{x^2}+\frac{4x^3}{2\sqrt{1+x^4}}}{e^{x^2}+\sqrt{1+x^4}}\left(\frac{\sqrt{1+x^4}}{\sqrt{1+x^4}}\right)\\ &=\frac{2xe^{x^2}\sqrt{1+x^4}+2x^3}{e^{x^2}\sqrt{1+x^4}+1+x^4} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 6번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
502.CLP-1 · 2.10절 · 15번우리말 번역

다음 함수의 x=1x=1 에서의 미분계수의 값을 구하세요: g(x)=log⁡(2x−12x+1)g(x)=\log\Big(\dfrac{2x-1}{2x+1}\Big).

영어 원문 보기

Evaluate the derivative of the following function at x=1x=1: g(x)=log⁡(2x−12x+1)g(x)=\log\Big(\dfrac{2x-1}{2x+1}\Big).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

로그의 성질을 이용하면 더 쉬운 문제가 된다:

g(x)=log⁡(2x−1)−log⁡(2x+1)따라서,  g′(x)=22x−1−22x+1그리고  g′(1)=21−23=43\begin{aligned} g(x) &= \log(2x-1) -\log(2x+1)\\ \text{따라서, }~ g'(x) &= \dfrac{2}{2x-1} -\dfrac{2}{2x+1}\\ \text{그리고 }~ g'(1) &= \dfrac{2}{1} -\dfrac{2}{3}=\dfrac{4}{3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Using logarithm rules makes this an easier problem:

g(x)=log⁡(2x−1)−log⁡(2x+1)So,  g′(x)=22x−1−22x+1and  g′(1)=21−23=43\begin{aligned} g(x) &= \log(2x-1) -\log(2x+1)\\ \text{So, }~ g'(x) &= \dfrac{2}{2x-1} -\dfrac{2}{2x+1}\\ \text{and }~ g'(1) &= \dfrac{2}{1} -\dfrac{2}{3}=\dfrac{4}{3} \end{aligned}

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

함수 f(x)=log⁡((x2+5)3x4+10)f(x) = \log\left(\sqrt{\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)의 도함수를 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate the derivative of the function f(x)=log⁡((x2+5)3x4+10)f(x) = \log\left(\sqrt{\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right).

정답·풀이 보기

먼저 간단히 하면 다음과 같다:

f(x)=log⁡((x2+5)3x4+10)=log⁡(((x2+5)3x4+10)1/2)=12log⁡((x2+5)3x4+10)=12[log⁡((x2+5)3)−log⁡(x4+10)]=12[3log⁡((x2+5))−log⁡(x4+10)]이제 연쇄법칙을 이용하여 미분한다:f′(x)=12[32xx2+5−4x3x4+10]=3xx2+5−2x3x4+10\begin{aligned} f(x) &= \log\left(\sqrt{\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)\\ &=\log\left(\left({\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)^{1/2}\right)\\ &=\frac{1}{2}\log\left(\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}\right)\\ &=\frac{1}{2}\left[\log\left({(x^2+5)^3}\right)-\log({x^4+10})\right] \\ &=\frac{1}{2}\left[3\log\left({(x^2+5)}\right)-\log({x^4+10})\right] \\ \text{이제 연쇄법칙을 이용하여 미분한다:} \\ f'(x)&=\frac{1}{2}\left[ 3\frac{2x}{x^2+5}-\frac{4x^3}{x^4+10} \right]\\ &=\frac{3x}{x^2+5}-\frac{2x^3}{x^4+10} \end{aligned}

참고: log⁡(x2+4)\log(x^2+4)를 log⁡(x2)+log⁡(4)\log(x^2)+\log(4)로 쓰는 것은 흔한 실수이다. 이 두 식은 서로 같지 않다!

원본 교재 풀이(영어)

We begin by simplifying:

f(x)=log⁡((x2+5)3x4+10)=log⁡(((x2+5)3x4+10)1/2)=12log⁡((x2+5)3x4+10)=12[log⁡((x2+5)3)−log⁡(x4+10)]=12[3log⁡((x2+5))−log⁡(x4+10)]Now, we differentiate using the chain rule:f′(x)=12[32xx2+5−4x3x4+10]=3xx2+5−2x3x4+10\begin{aligned} f(x) &= \log\left(\sqrt{\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)\\ &=\log\left(\left({\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)^{1/2}\right)\\ &=\frac{1}{2}\log\left(\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}\right)\\ &=\frac{1}{2}\left[\log\left({(x^2+5)^3}\right)-\log({x^4+10})\right] \\ &=\frac{1}{2}\left[3\log\left({(x^2+5)}\right)-\log({x^4+10})\right] \\ \text{Now, we differentiate using the chain rule:} \\ f'(x)&=\frac{1}{2}\left[ 3\frac{2x}{x^2+5}-\frac{4x^3}{x^4+10} \right]\\ &=\frac{3x}{x^2+5}-\frac{2x^3}{x^4+10} \end{aligned}

Remark: it is a common mistake to write log⁡(x2+4)\log(x^2+4) as log⁡(x2)+log⁡(4)\log(x^2)+\log(4). These expressions are not equivalent!

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 4번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
504.CLP-1 · 2.10절 · 17번우리말 번역

f(x)=log⁡(g(xh(x)))f(x) = \log\big(g\big(xh(x)\big)\big), h(2)=2h(2) = 2, h′(2)=3h'(2) = 3, g(4)=3g(4) = 3, g′(4)=5g'(4) = 5 일 때 f′(2)f'(2) 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate f′(2)f'(2) if f(x)=log⁡(g(xh(x)))f(x) = \log\big(g\big(xh(x)\big)\big), h(2)=2h(2) = 2, h′(2)=3h'(2) = 3, g(4)=3g(4) = 3, g′(4)=5g'(4) = 5.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

합성함수의 미분법을 두 번 쓴 다음 곱의 미분법을 쓴다:

f′(x)=1g(xh(x))⋅ddx{g(xh(x))}=1g(xh(x))⋅g′(xh(x))⋅ddx{xh(x)}=1g(xh(x))⋅g′(xh(x))⋅[h(x)+xh′(x)]특히, x=2 일 때:f′(2)=1g(2h(2))⋅g′(2h(2))⋅[h(2)+2h′(2)]=g′(4)g(4)[2+2×3]=53[2+2×3]=403\begin{aligned} f'(x) &= \frac{1}{ g(xh(x))}\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{ g(xh(x))\}\\ &=\frac{1}{g(xh(x))}\cdot g'( xh(x))\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{ xh(x)\} \\ &=\dfrac{1}{g\big(xh(x)\big)}\cdot g'\big(xh(x)\big)\cdot\big[h(x)+xh'(x)\big] \\ \text{특히, $x=2$ 일 때:} \\ f'(2) &= \dfrac{1}{g\big(2h(2)\big)}\cdot g'\big(2h(2)\big)\cdot \big[h(2)+2h'(2)\big]\\ &= \dfrac{g'(4)}{g(4)}\big[2+2\times 3\big] = \dfrac{5}{3}\big[2+2\times 3\big]\\ &=\dfrac{40}{3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the chain rule twice, followed by the product rule:

f′(x)=1g(xh(x))⋅ddx{g(xh(x))}=1g(xh(x))⋅g′(xh(x))⋅ddx{xh(x)}=1g(xh(x))⋅g′(xh(x))⋅[h(x)+xh′(x)]In particular, when x=2:f′(2)=1g(2h(2))⋅g′(2h(2))⋅[h(2)+2h′(2)]=g′(4)g(4)[2+2×3]=53[2+2×3]=403\begin{aligned} f'(x) &= \frac{1}{ g(xh(x))}\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{ g(xh(x))\}\\ &=\frac{1}{g(xh(x))}\cdot g'( xh(x))\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{ xh(x)\} \\ &=\dfrac{1}{g\big(xh(x)\big)}\cdot g'\big(xh(x)\big)\cdot\big[h(x)+xh'(x)\big] \\ \text{In particular, when $x=2$:} \\ f'(2) &= \dfrac{1}{g\big(2h(2)\big)}\cdot g'\big(2h(2)\big)\cdot \big[h(2)+2h'(2)\big]\\ &= \dfrac{g'(4)}{g(4)}\big[2+2\times 3\big] = \dfrac{5}{3}\big[2+2\times 3\big]\\ &=\dfrac{40}{3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.10절 · 7번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류
505.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
506.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
507.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
508.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
509.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
510.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
511.CLP-1 · 2.10절 · 31번우리말 번역

f(x)f(x) 를 치역이 양수만으로 이루어진 함수라 하자. 곡선 y=f(x)y=f(x) 와 y=log⁡(f(x))y=\log(f(x)) 가 같은 xx 의 값에서 수평인 접선을 가짐을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)f(x) be a function whose range includes only positive numbers. Show that the curves y=f(x)y=f(x) and y=log⁡(f(x))y=\log(f(x)) have horizontal tangent lines at the same values of xx.

정답·풀이 보기

g(x):=log⁡(f(x))g(x):=\log(f(x)) 라 하자. g′(x)=f′(x)f(x)g'(x)=\frac{f'(x)}{f(x)} 임에 주목한다.

두 곡선이 같은 xx 의 값에서 수평인 접선을 가짐을 보이기 위해 두 가지를 보일 것이다. 첫째, f(x)f(x) 가 어떤 xx 의 값에서 수평인 접선을 가지면 g(x)g(x) 도 그 xx 의 값에서 수평인 접선을 가진다. 둘째, g(x)g(x) 가 어떤 xx 의 값에서 수평인 접선을 가지면 f(x)f(x) 도 그 xx 의 값에서 수평인 접선을 가진다.

어떤 점 x0x_0 에 대해 x=x0x=x_0 에서 f(x)f(x) 가 수평인 접선을 가진다고 하자. 이는 f′(x0)=0f'(x_0)=0 임을 뜻한다. 그러면 g′(x0)=f′(x0)f(x0)g'(x_0)=\frac{f'(x_0)}{f(x_0)} 이다. f(x0)≠0f(x_0) \neq 0 이므로 f′(x0)f(x0)=0f(x0)=0\frac{f'(x_0)}{f(x_0)}=\frac{0}{f(x_0)}=0 이고, 따라서 x=x0x=x_0 에서 g(x)g(x) 도 수평인 접선을 가진다. 이로써 ff 가 수평인 접선을 가질 때마다 gg 도 수평인 접선을 가짐을 보였다.

이제 어떤 점 x0x_0 에 대해 x=x0x=x_0 에서 g(x)g(x) 가 수평인 접선을 가진다고 하자. 이는 g′(x0)=0g'(x_0)=0 임을 뜻한다. 그러면 g′(x0)=f′(x0)f(x0)=0g'(x_0)=\frac{f'(x_0)}{f(x_0)}=0 이므로 f′(x0)f'(x_0) 이 존재하고 0 과 같다. 따라서 x=x0x=x_0 에서 f(x)f(x) 도 수평인 접선을 가진다. 이로써 gg 가 수평인 접선을 가질 때마다 ff 도 수평인 접선을 가짐을 보였다.

참고: f(x)f(x) 가 양수만을 값으로 가진다는 조건이 주어지지 않았다면, f(x)f(x) 와 log⁡(f(x))\log(f(x)) 가 같은 xx 의 값에서 수평인 접선을 가진다는 것이 반드시 참인 것은 아니다. f(x)f(x) 가 음수인 xx 의 값에서 f(x)f(x) 가 수평인 접선을 가진다면, 그곳에서 log⁡(f(x))\log(f(x)) 는 존재하지 않으므로 수평인 접선을 가질 수도 없다.

원본 교재 풀이(영어)

Let g(x):=log⁡(f(x))g(x):=\log(f(x)). Notice g′(x)=f′(x)f(x)g'(x)=\frac{f'(x)}{f(x)}.

In order to show that the two curves have horizontal tangent lines at the same values of xx, we will show two things: first, that if f(x)f(x) has a horizontal tangent line at some value of xx, then also g(x)g(x) has a horizontal tangent line at that value of xx. Second, we will show that if g(x)g(x) has a horizontal tangent line at some value of xx, then also f(x)f(x) has a horizontal tangent line at that value of xx.

Suppose f(x)f(x) has a horizontal tangent line where x=x0x=x_0 for some point x0x_0. This means f′(x0)=0f'(x_0)=0. Then g′(x0)=f′(x0)f(x0)g'(x_0)=\frac{f'(x_0)}{f(x_0)}. Since f(x0)≠0f(x_0) \neq 0, f′(x0)f(x0)=0f(x0)=0\frac{f'(x_0)}{f(x_0)}=\frac{0}{f(x_0)}=0, so g(x)g(x) also has a horizontal tangent line when x=x0x=x_0. This shows that whenever ff has a horizontal tangent line, gg has one too.

Now suppose g(x)g(x) has a horizontal tangent line where x=x0x=x_0 for some point x0x_0. This means g′(x0)=0g'(x_0)=0. Then g′(x0)=f′(x0)f(x0)=0g'(x_0)=\frac{f'(x_0)}{f(x_0)}=0, so f′(x0)f'(x_0) exists and is equal to zero. Therefore, f(x)f(x) also has a horizontal tangent line when x=x0x=x_0. This shows that whenever gg has a horizontal tangent line, ff has one too.

Remark: if we were not told that f(x)f(x) gives only positive numbers, it would not necessarily be true that f(x)f(x) and log⁡(f(x))\log(f(x)) have horizontal tangent lines at the same values of xx. If f(x)f(x) had a horizontal tangent line at an xx-value where f(x)f(x) were negative, then log⁡(f(x))\log(f(x)) would not exist there, let alone have a horizontal tangent line.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.9절 · 17번
# 지수함수와 로그함수의 미분증명·논술도전자동 분류
512.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
513.CLP-1 · 2.11절 · 2번우리말 번역

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

그림

참고: 이 곡선에서는 하나의 xx 의 값에 여러 개의 yy 의 값이 대응할 수 있다. 따라서 이 곡선은 어떤 함수 xx 에 대해서도 y=f(x)y=f(x) 로 나타낼 수 없다. 이는 음함수 미분을 사용할 수 있는 대표적인 경우 중 하나이다.

영어 원문 보기

Using the picture below, estimate dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} at the three points where the curve crosses the yy-axis.

figure

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

정답·풀이 보기

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

그림

원본 교재 풀이(영어)

At (0,4)(0,4) and (0,−4)(0,-4), the curve looks to be horizontal, if you zoom in: a tangent line here would have derivative zero. At the origin, the curve looks like its tangent line is vertical, so dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} does not exist.

figure

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

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

그림

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

영어 원문 보기

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

figure

(a) Is there a function f(x)f(x) so that y=f(x)y=f(x) completely describes the unit circle? That is, so that the points (x,y)(x,y) that make the equation y=f(x)y=f(x) true are exactly the same points that make the equation x2+y2=1x^2+y^2=1 true? (b) Is there a function f′(x)f'(x) so that y=f′(x)y=f'(x) completely describes the slope of the unit circle? That is, so that for every point (x,y)(x,y) on the unit circle, the slope of the tangent line to the circle at that point is given by f′(x)f'(x)? (c) Use implicit differentiation to find an expression for dydx\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}. Simplify until the expression is a function in terms of xx only (not yy), or explain why this is impossible.

정답·풀이 보기

(a) 아니요. 함수는 수직선 판정법을 통과해야 한다. 즉, 하나의 입력에서 두 개(또는 그 이상)의 출력이 나올 수 없다. 하나의 xx 값이 때때로 두 개의 yy 값에 대응하므로(예를 들어 x=π/4x=\pi/4 일 때 yy 는 ±1/2\pm 1/\sqrt{2} 이다), y=f(x)y=f(x) 가 원 위의 모든 점을 나타내도록 하는 함수 f(x)f(x) 는 없다.

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

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

(c) 미분하면 다음과 같다.

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

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

참고: y=±1−x2y=\pm\sqrt{1-x^2} 이므로 다음과 같이 쓰려고 할 수 있다. dydx=−xy=±x1−x2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=-\frac{x}{y}=\pm\frac{x}{\sqrt{1-x^2}} 그러나 이것은 xx 의 함수가 아니다. 다시 말하지만, 함수에서는 하나의 입력이 많아야 하나의 출력을 내지만, 여기서는 대개 하나의 xx 값이 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 의 두 값을 낸다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) No. A function must pass the vertical line test: one input cannot result in two (or more) outputs. Since one value of xx sometimes corresponds to two values of yy (for example, when x=π/4x=\pi/4, yy is ±1/2\pm 1/\sqrt{2}), there is no function f(x)f(x) so that y=f(x)y=f(x) captures every point on the circle.

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

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

(c) We differentiate:

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

But there is a yy in the right-hand side of this equation, and it's not clear how to get it out. Our answer in (b) tells us that, actually, we can't get it out, if we want the right-hand side to be a function of xx. The derivative cannot be expressed as a function of xx, because one value of xx corresponds to multiple points on the circle.

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

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.11절 · 13번
# 음함수의 미분법그래프·표 해석기본자동 분류
515.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
516.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
517.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
518.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
519.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
520.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