a. f 가 증가하는 구간과 감소하는 구간,
b. f 의 극솟값과 극댓값,
c. f 가 아래로 볼록한 구간과 위로 볼록한 구간,
d. f 의 변곡점. 곡선을 그린 다음 계산기로 답을 비교해 보세요. 정확한 답을 식으로 구할 수 없으면 계산기를 쓰세요.
[계산기 사용]f(x)=1−x1,x=1
영어 원문 보기
For the following exercises, determine
a. intervals where f is increasing or decreasing,
b. local minima and maxima of f,
c. intervals where f is concave up and concave down, and
d. the inflection points of f. Sketch the curve, then use a calculator to compare your answer. If you cannot determine the exact answer analytically, use a calculator.
[T]f(x)=1−x1,x=1
풀이 보기
f′ 의 부호로 증가·감소를, f′′ 의 부호로 오목·볼록을 보되, x=1 은 정의역에 없다는 점을 꼭 챙겨요.
1
왜 이렇게 할까요? 증가·감소는 f′ 의 부호, 오목·볼록은 f′′ 의 부호로 알 수 있어요. 먼저 두 도함수를 구해요.
2
일계도함수.f(x)=(1−x)−1 이므로 f′(x)=(1−x)−2=(1−x)21 분모가 제곱이라 x=1 인 모든 x 에서 f′(x)>0 이에요. 따라서 f 는 정의된 모든 곳에서 증가하고, f′=0 이 되는 점이 없으니 극값도 없어요.
2x+2yy′2+(2y)y′′+(2y′)y′y′′So, we need an expression for y′. We use the equation 2x+2yy′=0 to conclude y′=−yx:y′′=0=0=−y(y′)2+1=−y(−yx)2+1=−yy2x2+1=−y3x2+y2=−y31
The question asks for s′′(1). We start our differentiation using the quotient rule:
s′(t)Using the quotient rule again,s′′(t)s′′(1)=(t2+1)2et(t2+1)−et(2t)=(t2+1)2et(t2−2t+1)=(t2+1)4(t2+1)2dtd{et(t2−2t+1)}−et(t2−2t+1)dtd{(t2+1)2}=(t2+1)4(t2+1)2⋅[et(2t−2)+et(t2−2t+1)]−et(t2−2t+1)⋅2(t2+1)(2t)=(t2+1)4et(t2+1)2(t2−1)−4tet(t−1)2(t2+1)=0
dxd{log(5x2−12)}Using the quotient rule:dx2d2{log(5x2−12)}Using the quotient rule one last time:dx3d3{log(5x2−12)}=5x2−1210x=dxd{5x2−1210x}=(5x2−12)2(5x2−12)(10)−10x(10x)=(5x2−12)2−10(5x2+12)=dxd{(5x2−12)2−10(5x2+12)}=(5x2−12)4(5x2−12)2(−10)(10x)+10(5x2+12)(2)(5x2−12)(10x)=(5x2−12)3(5x2−12)(−100x)+(200x)(5x2+12)=(5x2−12)3100x(−5x2+12+10x2+24)=(5x2−12)3100x(5x2+36)
시각 t 초에서 입자의 높이가 h(t)=−cost 로 주어진다. t=1 에서 입자는 빨라지고 있는지 느려지고 있는지 판단하세요.
영어 원문 보기
The height of a particle at time t seconds is given by h(t)=−cost. Is the particle speeding up or slowing down at t=1?
정답·풀이 보기
입자의 속도는 h′(t)=sint 로 주어진다. 0<1<π 이므로
h′(1)>0 이다. 즉, 입자는 올라가고 있다(양의 방향, 여기서는 “위쪽"으로 움직이고 있다).
입자의 가속도는 h′′(t)=cost 이다. 0<1<2π 이므로 h′′(t)>0 이고, 따라서 h′(t) 는 증가한다. 즉, 입자는 위쪽으로 움직이고 있고, 그 속도가 점점 커지고 있다. 따라서 입자는 빨라지고 있다.
원본 교재 풀이(영어)
The velocity of the particle is given by h′(t)=sint. Note 0<1<π, so
h′(1)>0–the particle is rising (moving in the positive direction, in this case “up").
The acceleration of the particle is h′′(t)=cost. Since 0<1<2π, h′′(t)>0, so h′(t) is increasing: the particle is moving up, and it's doing so at an increasing rate. So, the particle is speeding up.
시각 t초에서 입자의 높이가 h(t)=t3−t2−5t+10 으로 주어진다. t=1 에서 입자의 운동은 빨라지고 있는지 느려지고 있는지 판단하세요.
영어 원문 보기
The height of a particle at time t seconds is given by h(t)=t3−t2−5t+10. Is the particle's motion getting faster or slower at t=1?
정답·풀이 보기
이 문제에서는 속도에는 방향을 나타내는 부호가 있지만 속력에는 없다는 점을 기억해야 한다.
입자의 속도는 h′(t)=3t2−2t−5 이다. t=1 에서 입자의 속도는 −4 이므로, 입자는 초당 4 단위의 속력으로 아래쪽으로 움직이고 있다. 입자의 가속도는 h′′(t)=6t−2 이므로 t=1 일 때 가속도는 (양수인) 초당 4 단위의 변화율(초당 속도 변화량)이다. 이는 속도(현재 초당 −4 단위)가 더 큰 수가 되어 가고 있다는 뜻이다. 속도가 음수이므로 더 큰 수는 0에 더 가까운 수이고, 따라서 입자의 속력은 작아지고 있다. (예를 들어 속도 −3 은 속도 −4 보다 느린 운동을 나타낸다.) 그러므로 입자는 t=1 에서 느려지고 있다.
원본 교재 풀이(영어)
For this problem, remember that velocity has a sign indicating direction, while speed does not.
The velocity of the particle is given by h′(t)=3t2−2t−5. At t=1, the velocity of the particle is −4, so the particle is moving downwards with a speed of 4 units per second. The acceleration of the particle is h′′(t)=6t−2, so when t=1, the acceleration is (positive) 4 units per second per second. That means the velocity (currently −4 units per second) is becoming a bigger number–since the velocity is negative, a bigger number is closer to zero, so the speed of the particle is getting smaller. (For instance, a velocity of −3 represents a slower motion than a velocity of −4.) So, the particle is slowing down at t=1.
참고: 흔히 하는 실수는 등식
2x+1+y′=cos(xy)(y+xy′) 에서 멈추고, x=y=0 을 대입하여 y′=−1 을 구한 다음, y′′=dxd{−1}=0 이라고 결론 내리는 것이다. 이는 일반적으로 쓰는 표기가 약간 엄밀하지 못하기 때문에 생기는 일이다. y′=1 이라고 썼을 때 우리가 뜻한 것은 점(0,0)에서dxdy=−1 이라는 것이다. 더 엄밀하게 쓰면 dxdyx=0,y=0=−1 이다. 이것은 y′=1 이 모든 곳에서 성립한다는 말과 다르다(그런 경우라면 실제로 y′′ 은 모든 곳에서 0일 것이다).
원본 교재 풀이(영어)
x2+x+yWe differentiate implicitly. For ease of notation, we write y′ for dxdy.2x+1+y′We’re interested in y′′, so we implicitly differentiate again.2+y′′We want to know what y′′ is when x=y=0. Plugging these in yields the following:2+y′′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′′y′′=sin(xy)=cos(xy)(y+xy′)=−sin(xy)(y+xy′)2+cos(xy)(2y′+xy′′)=2y′=2(−1)=−4
Remark: a common mistake is to stop at the equation
2x+1+y′=cos(xy)(y+xy′), plug in x=y=0, find y′=−1, and decide y′′=dxd{−1}=0. This is due to a slight sloppiness in the usual notation. When we wrote y′=1, what we meant is that at the point(0,0), dxdy=−1. More properly written: dxdyx=0,y=0=−1. This is not the same as saying y′=1 everywhere (in which case, indeed, y′′ would be 0 everywhere).
따라서 dx4d4tanx=8sec2xtan3x+16sec4xtanx 이다. 이것은 분명히 tanx 와 같지 않아 보이지만, 삼각함수의 항등식이 때로는 착각을 일으킬 수 있음을 기억해야 한다. 예를 들어 tan2x+1=sec2x 등이 있다. 따라서 두 함수가 같지 않음을 확실히 하려면, 한쪽의 값이 다른 쪽의 값과 달라지는 x 의 값을 찾아야 한다. x=4π 일 때:
8sec2xtan3x+16sec4xtanx=8(2)2(1)3+16(2)4(1)=80=1=tanx.
그러므로 (c)는 거짓이다.
원본 교재 풀이(영어)
For (a) and (b), notice the following:
dxdsinxdxdcosxdxd{−sinx}dxd{−cosx}dxdsinxThe fourth derivative is sinx is sinx, and the fourth derivative of cosx is cosx, so (a) and (b) are true.dxdtanxdxdsec2xdxd{2sec2xtanx}dxd{4sec2xtan2x+2sec4x}=cosx=−sinx=−cosx=sinx=cosx=sec2x=2secx(secxtanx)=2sec2xtanx=(4secx⋅secxtanx)tanx+2sec2xsec2x=4sec2xtan2x+2sec4x=(8secx⋅secxtanx)tan2x+4sec2x(2tanx⋅sec2x)+8sec3x⋅secxtanx=8sec2xtan3x+16sec4xtanx
So, dx4d4tanx=8sec2xtan3x+16sec4xtanx. It certainly seems like this is not the same as tanx, but remember that sometimes trig identities can fool you: tan2x+1=sec2x, and so on. So, to be absolutely sure that these are not equal, we need to find a value of x so that the output of one is not the same as the output of the other. When x=4π:
8sec2xtan3x+16sec4xtanx=8(2)2(1)3+16(2)4(1)=80=1=tanx.
So, (c) is false.
2계도함수는 x<1 에서 음수이고 x>1 에서 양수이다. 따라서
x=1,y=11 에서 볼록한 방향이 위로 볼록과 아래로 볼록 사이에서 바뀐다.
변곡점은 이것뿐이다. f′′(0)=0 이지만, x 가 0보다 조금 큰 값이든 조금 작은 값이든 f′′(x)<0 이므로 x=0 에서는 볼록한 방향이 바뀌지 않는다.
원본 교재 풀이(영어)
Inflection points occur where f′′(x) changes sign. Since f(x) is a polynomial, its first and second derivatives exist everywhere, and are themselves polynomials. In particular,
The second derivative is negative for x<1 and positive for x>1. Thus
the concavity changes between concave up and concave down at
x=1,y=11.
This is the only inflection point. It is true that f′′(0)=0, but for values of x both a little larger than and a little smaller than 0, f′′(x)<0, so the concavity does not change at x=0.