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

4문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 2.9절 · 31번우리말 번역

평면 위의 입자가 시각 t=−π/2t=-\pi/2 부터 시각 t=π/2t=\pi/2 까지 직교좌표평면을 따라 움직인다. 시각 tt 에서 입자의 xx 좌표는 x=cos⁡tx=\cos t 이고 yy 좌표는 y=sin⁡ty=\sin t 이므로, 입자는 평면 위에 곡선을 그린다. 이 곡선의 접선의 기울기가 −1-1 이 되는 때는 언제입니까?

영어 원문 보기

A particle moves along the Cartesian plane from time t=−π/2t=-\pi/2 to time t=π/2t=\pi/2. The xx-coordinate of the particle at time tt is given by x=cos⁡tx=\cos t, and the yy-coordinate is given by y=sin⁡ty=\sin t, so the particle traces a curve in the plane. When does the tangent line to that curve have slope −1-1?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

시각 tt 에서 입자는 점 (x(t),y(t))\big(x(t),y(t)\big) 에 있고, x(t)=cos⁡tx(t)=\cos t, y(t)=sin⁡ty(t)=\sin t 이다. 시간이 지나면서 입자는 곡선을 그리는데, 그 곡선을 y=f(x)y=f(x) 라 하자. 그러면 y(t)=f(x(t))y(t) = f\big(x(t)\big) 이므로 점 (x(t),y(t))\big(x(t),y(t)\big) 에서 곡선의 기울기는 f′(x(t))f'\big(x(t)\big) 이다. 따라서 f′(x(t))=−1f'\big(x(t)\big)=-1 을 만족시키는 tt 의 값을 구해야 한다.

합성함수의 미분법에 의해

y′(t)=f′(x(t))⋅x′(t)\begin{aligned} y'(t) = f'\big(x(t)\big) \cdot x'(t) \end{aligned}

이다. x(t)=cos⁡tx(t)=\cos t, y(t)=sin⁡ty(t)=\sin t 를 대입하면

cos⁡t=f′(x(t))⋅(−sin⁡t)\begin{aligned} \cos t = f'\big(x(t)\big) \cdot \big(-\sin t\big) \end{aligned}

이므로

f′(x(t))=−cos⁡tsin⁡t\begin{aligned} f'\big(x(t)\big) = -\frac{\cos t}{\sin t} \end{aligned}

이고, 이 값이 −1-1 이 되는 것은 sin⁡t=cos⁡t\sin t = \cos t 일 때뿐이다. 이는 t=π4t = \frac{\pi}{4} 일 때 일어난다.

참고: 입자가 그리는 경로는 반원이다. 각이 t 인 단위원 위의 점을 생각해도 되고, x2+y2=sin⁡2t+cos⁡2t=1x^2 + y^2 = \sin^2t + \cos^2t = 1 임을 알아차려도 된다.

원본 교재 풀이(영어)

At time tt, the particle is at the point (x(t),y(t))\big(x(t),y(t)\big), with x(t)=cos⁡tx(t)=\cos t and y(t)=sin⁡ty(t)=\sin t. Over time, the particle traces out a curve; let's call that curve y=f(x)y=f(x). Then y(t)=f(x(t))y(t) = f\big(x(t)\big), so the slope of the curve at the point (x(t),y(t))\big(x(t),y(t)\big) is f′(x(t))f'\big(x(t)\big). You are to determine the values of tt for which f′(x(t))=−1f'\big(x(t)\big)=-1.

By the chain rule

y′(t)=f′(x(t))⋅x′(t)\begin{aligned} y'(t) = f'\big(x(t)\big) \cdot x'(t) \end{aligned}

Substituting in x(t)=cos⁡tx(t)=\cos t and y(t)=sin⁡ty(t)=\sin t gives

cos⁡t=f′(x(t))⋅(−sin⁡t)\begin{aligned} \cos t = f'\big(x(t)\big) \cdot \big(-\sin t\big) \end{aligned}

so that

f′(x(t))=−cos⁡tsin⁡t\begin{aligned} f'\big(x(t)\big) = -\frac{\cos t}{\sin t} \end{aligned}

is −1-1 precisely when sin⁡t=cos⁡t\sin t = \cos t. This happens whenever t=π4t = \frac{\pi}{4}.

Remark: the path traced by the particle is a semicircle. You can think about the point on the unit circle with angle t, or you can notice that x2+y2=sin⁡2t+cos⁡2t=1x^2 + y^2 = \sin^2t + \cos^2t = 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.6절 · 8번
# 합성함수의 미분법계산도전자동 분류
2.CLP-1 · 2.9절 · 32번우리말 번역

모든 x>0x>0 에 대해 ex+x2>1+xe^{x+x^2}>1+x 임을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that, for all x>0x>0, ex+x2>1+xe^{x+x^2}>1+x.

정답·풀이 보기

f(x)=ex+x2f(x)=e^{x+x^2}, g(x)=1+xg(x)=1+x 라 하자. 그러면 f(0)=g(0)=1f(0)=g(0)=1 이다.

f′(x)=(1+2x)ex+x2f'(x)=(1+2x)e^{x+x^2} 이고 g′(x)=1g'(x)=1 이다. x>0x>0 일 때, f′(x)=(1+2x)ex+x2>1⋅ex+x2=ex+x2>e0+02=1=g′(x).f'(x)=(1+2x)e^{x+x^2}>1\cdot e^{x+x^2}=e^{x+x^2}>e^{0+0^2}=1=g'(x). f(0)=g(0)f(0)=g(0) 이고 모든 x>0x>0 에 대해 f′(x)>g′(x)f'(x)>g'(x) 이므로, ff 와 gg 는 같은 곳에서 출발하지만 ff 가 항상 더 빠르게 증가한다. 따라서 모든 x>0x>0 에 대해 f(x)>g(x)f(x)>g(x) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let f(x)=ex+x2f(x)=e^{x+x^2} and g(x)=1+xg(x)=1+x. Then f(0)=g(0)=1f(0)=g(0)=1.

f′(x)=(1+2x)ex+x2f'(x)=(1+2x)e^{x+x^2} and g′(x)=1g'(x)=1. When x>0x>0, f′(x)=(1+2x)ex+x2>1⋅ex+x2=ex+x2>e0+02=1=g′(x).f'(x)=(1+2x)e^{x+x^2}>1\cdot e^{x+x^2}=e^{x+x^2}>e^{0+0^2}=1=g'(x). Since f(0)=g(0)f(0)=g(0), and f′(x)>g′(x)f'(x)>g'(x) for all x>0x>0, that means ff and gg start at the same place, but ff always grows faster. Therefore, f(x)>g(x)f(x)>g(x) for all x>0x>0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.9절 · 28번
# 합성함수의 미분법증명·논술도전자동 분류
3.CLP-1 · 2.9절 · 33번우리말 번역

sin⁡(2x)=2sin⁡xcos⁡x\sin (2x) = 2\sin x \cos x 임을 알고 있다. 이로부터 미분을 이용하여 유도할 수 있는 다른 삼각함수 항등식은 무엇입니까?

영어 원문 보기

We know that sin⁡(2x)=2sin⁡xcos⁡x\sin (2x) = 2\sin x \cos x. What other trig identity can you derive from this, using differentiation?

정답·풀이 보기

sin⁡2x\sin 2x 와 2sin⁡xcos⁡x2\sin x \cos x 는 같은 함수이므로 도함수도 같다.

sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x⇒ddx{sin⁡2x}=ddx{2sin⁡xcos⁡x}2cos⁡2x=2[cos⁡2x−sin⁡2x]cos⁡2x=cos⁡2x−sin⁡2x\begin{aligned} \sin 2x &= 2\sin x \cos x\\ \Rightarrow \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sin 2x\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2\sin x \cos x\}\\ 2\cos 2x &=2[\cos^2x-\sin^2x]\\ \cos 2x &=\cos^2x-\sin^2 x \end{aligned}

따라서 또 다른 흔한 삼각함수 항등식인 cos⁡2x=cos⁡2x−sin⁡2x\cos 2x =\cos^2x-\sin^2 x 를 얻는다.

참고: 이 등식의 양변을 미분하면 처음의 항등식이 다시 나온다.

원본 교재 풀이(영어)

Since sin⁡2x\sin 2x and 2sin⁡xcos⁡x2\sin x \cos x are the same function, they have the same derivative.

sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x⇒ddx{sin⁡2x}=ddx{2sin⁡xcos⁡x}2cos⁡2x=2[cos⁡2x−sin⁡2x]cos⁡2x=cos⁡2x−sin⁡2x\begin{aligned} \sin 2x &= 2\sin x \cos x\\ \Rightarrow \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sin 2x\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2\sin x \cos x\}\\ 2\cos 2x &=2[\cos^2x-\sin^2x]\\ \cos 2x &=\cos^2x-\sin^2 x \end{aligned}

We conclude cos⁡2x=cos⁡2x−sin⁡2x\cos 2x =\cos^2x-\sin^2 x, which is another common trig identity.

Remark: if we differentiate both sides of this equation, we get the original identity back.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.9절 · 31번
# 합성함수의 미분법계산도전자동 분류
4.CLP-1 · 2.9절 · 34번우리말 번역

f(x)=ecsc⁡x2x3−9tan⁡x3f(x)=\sqrt[3]{\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }} 의 도함수를 구하세요. 답을 간단히 하지 않아도 됩니다.

영어 원문 보기

Evaluate the derivative of f(x)=ecsc⁡x2x3−9tan⁡x3f(x)=\sqrt[3]{\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }}. You do not have to simplify your answer.

정답·풀이 보기

f(x)=ecsc⁡x2x3−9tan⁡x3=(ecsc⁡x2x3−9tan⁡x)13To begin the differentiation, we can choose our “outside" function to be g(x)=x13, and our “inside" function to be h(x)=ecsc⁡x2x3−9tan⁡x. Then f(x)=g(h(x)), so f′(x)=g′(h(x))⋅h′(x)=13(h(x))−23h′(x):f′(x)=13(ecsc⁡x2x3−9tan⁡x)−23⋅ddx{ecsc⁡x2x3−9tan⁡x}=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23⋅ddx{ecsc⁡x2x3−9tan⁡x}This leads us to use the quotient rule:=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23(x3−9tan⁡xddx{ecsc⁡x2}−ecsc⁡x2ddx{x3−9tan⁡x}(tan⁡2x)(x3−9))Let’s figure out those two derivatives on their own, then plug them in. Using the chain rule twice:ddx{ecsc⁡x2}=ecsc⁡x2ddx{csc⁡x2}=ecsc⁡x2⋅(−csc⁡(x2)cot⁡(x2))⋅ddx{x2}=−2xecsc⁡x2csc⁡(x2)cot⁡(x2)For the other derivative, we start with the product rule, then chain:ddx{x3−9tan⁡x}=ddx{x3−9}⋅tan⁡x+x3−9sec⁡2x=12x3−9ddx{x3−9}⋅tan⁡x+x3−9sec⁡2x=3x2tan⁡x2x3−9+x3−9sec⁡2xNow, we plug these into our equation for f′(x):f′(x)=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23(x3−9tan⁡xddx{ecsc⁡x2}−ecsc⁡x2ddx{x3−9tan⁡x}(tan⁡2x)(x3−9))=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23⋅ (x3−9tan⁡x(−2x)ecsc⁡x2csc⁡(x2)cot⁡(x2)−ecsc⁡x2(3x2tan⁡x2x3−9+x3−9sec⁡2x)(tan⁡2x)(x3−9))\begin{aligned} f(x)&=\sqrt[3]{\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }}\\ &=\left({\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }}\right)^{\frac{1}{3}} \\ \text{To begin the differentiation, we can choose our ``outside" function to be $g(x)=x^{\frac{1}{3}}$, and our ``inside" function to be $h(x)=\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }$. Then $f(x)=g(h(x))$, so $f'(x)=g'(h(x))\cdot h'(x)=\frac{1}{3}(h(x))^{-\frac{2}{3}}h'(x)$:} \\ f'(x)&=\frac{1}{3}\left( \dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }\right)^{\frac{-2}{3}}\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }\right\}\\ &=\frac{1}{3} \left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}} \cdot \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }\right\} \\ \text{This leads us to use the quotient rule:} \\ &=\frac{1}{3}\left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}} \left(\frac{ \sqrt{x^3-9}\tan x \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^{\csc x^2}\right\}-e^{\csc x^2}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sqrt{x^3-9}\tan x \right\}}{(\tan^2 x)(x^3-9) }\right) \\ \text{Let's figure out those two derivatives on their own, then plug them in. Using the chain rule twice:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^{\csc x^2}\right\}&=e^{ \csc x^2}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \csc x^2\right\}=e^{\csc x^2}\cdot (-\csc( x^2)\cot( x^2))\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{ x^2\}\\&=-2xe^{\csc x^2}\csc(x^2)\cot(x^2) \\ \text{For the other derivative, we start with the product rule, then chain:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \sqrt{x^3-9} \tan x \right\}&= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sqrt{x^3-9}\right\}\cdot\tan x+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x\\ &=\frac{1}{2\sqrt{ x^3-9}}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ x^3-9\right\}\cdot \tan x+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x\\ &=\frac{3x^2 \tan x}{2\sqrt{{x^3-9}}}+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x \\ \text{Now, we plug these into our equation for $f'(x)$:} \\ f'(x)&=\frac{1}{3}\left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}} \left(\frac{ \sqrt{x^3-9}\tan x \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^{\csc x^2}\right\}-e^{\csc x^2} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sqrt{x^3-9}\tan x \right\}}{(\tan^2 x)(x^3-9) }\right)\\ &=\frac{1}{3}\left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}}\cdot\\ &~\left(\frac{ \sqrt{x^3-9}\tan x (-2x)e^{\csc x^2}\csc(x^2)\cot(x^2)-e^{\csc x^2} \left(\frac{3x^2\tan x}{2\sqrt{{x^3-9}}}+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x\right)}{(\tan^2 x)(x^3-9) }\right) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

f(x)=ecsc⁡x2x3−9tan⁡x3=(ecsc⁡x2x3−9tan⁡x)13To begin the differentiation, we can choose our “outside" function to be g(x)=x13, and our “inside" function to be h(x)=ecsc⁡x2x3−9tan⁡x. Then f(x)=g(h(x)), so f′(x)=g′(h(x))⋅h′(x)=13(h(x))−23h′(x):f′(x)=13(ecsc⁡x2x3−9tan⁡x)−23⋅ddx{ecsc⁡x2x3−9tan⁡x}=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23⋅ddx{ecsc⁡x2x3−9tan⁡x}This leads us to use the quotient rule:=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23(x3−9tan⁡xddx{ecsc⁡x2}−ecsc⁡x2ddx{x3−9tan⁡x}(tan⁡2x)(x3−9))Let’s figure out those two derivatives on their own, then plug them in. Using the chain rule twice:ddx{ecsc⁡x2}=ecsc⁡x2ddx{csc⁡x2}=ecsc⁡x2⋅(−csc⁡(x2)cot⁡(x2))⋅ddx{x2}=−2xecsc⁡x2csc⁡(x2)cot⁡(x2)For the other derivative, we start with the product rule, then chain:ddx{x3−9tan⁡x}=ddx{x3−9}⋅tan⁡x+x3−9sec⁡2x=12x3−9ddx{x3−9}⋅tan⁡x+x3−9sec⁡2x=3x2tan⁡x2x3−9+x3−9sec⁡2xNow, we plug these into our equation for f′(x):f′(x)=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23(x3−9tan⁡xddx{ecsc⁡x2}−ecsc⁡x2ddx{x3−9tan⁡x}(tan⁡2x)(x3−9))=13(x3−9tan⁡xecsc⁡x2)23⋅ (x3−9tan⁡x(−2x)ecsc⁡x2csc⁡(x2)cot⁡(x2)−ecsc⁡x2(3x2tan⁡x2x3−9+x3−9sec⁡2x)(tan⁡2x)(x3−9))\begin{aligned} f(x)&=\sqrt[3]{\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }}\\ &=\left({\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }}\right)^{\frac{1}{3}} \\ \text{To begin the differentiation, we can choose our ``outside" function to be $g(x)=x^{\frac{1}{3}}$, and our ``inside" function to be $h(x)=\dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }$. Then $f(x)=g(h(x))$, so $f'(x)=g'(h(x))\cdot h'(x)=\frac{1}{3}(h(x))^{-\frac{2}{3}}h'(x)$:} \\ f'(x)&=\frac{1}{3}\left( \dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }\right)^{\frac{-2}{3}}\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }\right\}\\ &=\frac{1}{3} \left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}} \cdot \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \dfrac{e^{\csc x^2}}{ \sqrt{x^3-9} \tan x }\right\} \\ \text{This leads us to use the quotient rule:} \\ &=\frac{1}{3}\left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}} \left(\frac{ \sqrt{x^3-9}\tan x \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^{\csc x^2}\right\}-e^{\csc x^2}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sqrt{x^3-9}\tan x \right\}}{(\tan^2 x)(x^3-9) }\right) \\ \text{Let's figure out those two derivatives on their own, then plug them in. Using the chain rule twice:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^{\csc x^2}\right\}&=e^{ \csc x^2}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \csc x^2\right\}=e^{\csc x^2}\cdot (-\csc( x^2)\cot( x^2))\cdot\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{ x^2\}\\&=-2xe^{\csc x^2}\csc(x^2)\cot(x^2) \\ \text{For the other derivative, we start with the product rule, then chain:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \sqrt{x^3-9} \tan x \right\}&= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sqrt{x^3-9}\right\}\cdot\tan x+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x\\ &=\frac{1}{2\sqrt{ x^3-9}}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ x^3-9\right\}\cdot \tan x+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x\\ &=\frac{3x^2 \tan x}{2\sqrt{{x^3-9}}}+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x \\ \text{Now, we plug these into our equation for $f'(x)$:} \\ f'(x)&=\frac{1}{3}\left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}} \left(\frac{ \sqrt{x^3-9}\tan x \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^{\csc x^2}\right\}-e^{\csc x^2} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sqrt{x^3-9}\tan x \right\}}{(\tan^2 x)(x^3-9) }\right)\\ &=\frac{1}{3}\left( \dfrac{ \sqrt{x^3-9} \tan x }{e^{\csc x^2}} \right)^{\frac{2}{3}}\cdot\\ &~\left(\frac{ \sqrt{x^3-9}\tan x (-2x)e^{\csc x^2}\csc(x^2)\cot(x^2)-e^{\csc x^2} \left(\frac{3x^2\tan x}{2\sqrt{{x^3-9}}}+\sqrt{x^3-9}\sec^2 x\right)}{(\tan^2 x)(x^3-9) }\right) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.9절 · 29번
# 합성함수의 미분법계산도전자동 분류