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

3문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-1 · 2.7절 · 13번우리말 번역

다음 함수 중 직선을 나타내는 것을 모두 고르세요. (a) y=e3log⁡x+1(b) 2y+5=e3+log⁡x(c) y=e2x+4(d) y=elog⁡x3e+log⁡2(a) ~y=e^{3\log x}+1 \qquad (b) ~2y+5=e^{3+\log x} \qquad (c)~y=e^{2x}+4\qquad (d)~y=e^{\log x}3^e+\log 2

영어 원문 보기

Which of the following functions describe a straight line? (a) y=e3log⁡x+1(b) 2y+5=e3+log⁡x(c) y=e2x+4(d) y=elog⁡x3e+log⁡2(a) ~y=e^{3\log x}+1 \qquad (b) ~2y+5=e^{3+\log x} \qquad (c)~y=e^{2x}+4\qquad (d)~y=e^{\log x}3^e+\log 2

정답·풀이 보기

상황을 더 잘 파악하기 위해 함수를 간단히 한다.

(aa): y=e3log⁡x+1=(elog⁡x)3+1=x3+1y=e^{3\log x}+1=\left(e^{\log x}\right)^3+1=x^3+1. 이것은 직선이 아니다.

(bb): 2y+5=e3+log⁡x=e3elog⁡x=e3x2y+5=e^{3+\log x}=e^3e^{\log x}=e^3x. e3e^3 은 상수이므로 2y+5=e3x2y+5=e^3x 는 직선이다.

(cc): 여기서는 특별히 간단히 할 방법이 없다. 이것은 직선이 아니다. 이 설명이 만족스럽지 않다면 다음과 같이 확인할 수 있다. 직선은 기울기가 일정한 함수이다. 주어진 함수에 대해 y′=ddx{e2x+4}=ddx{e2x}=ddx{(ex)2}=2exex=2e2xy'=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^{2x} +4\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^{2x}\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(e^x)^2\right\}=2e^xe^x=2e^{2x} 이다. 도함수가 상수가 아니므로 이 함수는 직선이 아니다.

(dd): y=elog⁡x3e+log⁡2=3e x+log⁡2y=e^{\log x}3^e+\log 2=3^e\,x+\log 2. 3e3^e 과 log⁡2\log 2 는 상수이므로 이것은 직선이다.

원본 교재 풀이(영어)

We simplify the functions to get a better idea of what's going on.

(aa): y=e3log⁡x+1=(elog⁡x)3+1=x3+1y=e^{3\log x}+1=\left(e^{\log x}\right)^3+1=x^3+1. This is not a line.

(bb): 2y+5=e3+log⁡x=e3elog⁡x=e3x2y+5=e^{3+\log x}=e^3e^{\log x}=e^3x. Since e3e^3 is a constant, 2y+5=e3x2y+5=e^3x is a line.

(cc): There isn't a fancy simplification here–this isn't a line. If that isn't a satisfactory answer, we can check: a line is a function with a constant slope. For our function, y′=ddx{e2x+4}=ddx{e2x}=ddx{(ex)2}=2exex=2e2xy'=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^{2x} +4\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^{2x}\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(e^x)^2\right\}=2e^xe^x=2e^{2x}. Since the derivative isn't constant, the function isn't a line.

(dd): y=elog⁡x3e+log⁡2=3e x+log⁡2y=e^{\log x}3^e+\log 2=3^e\,x+\log 2. Since 3e3^e and log⁡2\log 2 are constants, this is a line.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.7절 · 11번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산도전자동 분류
2.CLP-1 · 2.7절 · 14번우리말 번역

다음 함수가 미분가능하도록 상수 aa, bb 를 구하세요: f(x)={ax2+bx≤1exx>1f(x) =\left\{\begin{array}{ll} ax^2 + b & x \le 1\\ e^x & x > 1\end{array}\right.

영어 원문 보기

Find constants aa, bb so that the following function is differentiable: f(x)={ax2+bx≤1exx>1f(x) =\left\{\begin{array}{ll} ax^2 + b & x \le 1\\ e^x & x > 1\end{array}\right.

정답·풀이 보기

범위를 따로 정하지 않고 함수가 미분가능하다고 말할 때는 그 함수가 정의역 전체에서 미분가능하다는 뜻이다. 함수 f(x)f(x) 는 aa, bb 의 값에 관계없이 x≠1x \neq 1 에서 미분가능하다. 따라서 x=1x=1 에서도 미분가능하게 만드는 상수가 무엇인지만 찾으면 된다.

미분가능하려면 함수는 연속이어야 한다. 연속의 정의에 따르면 ff 가 x=1x=1 에서 연속이려면 lim⁡x→1f(x)=f(1)\displaystyle \lim_{x \to 1}f(x)=f(1) 이어야 한다. ff 의 정의로부터 f(1)=a+b=lim⁡x→1−f(x)f(1)=a+b=\displaystyle \lim_{x \to 1^-}f(x) 이므로 lim⁡x→1+f(x)=a+b\displaystyle \lim_{x\to 1^+}f(x)=a+b 이어야 한다. lim⁡x→1+f(x)=e1=e\displaystyle \lim_{x \to 1^+}f(x)=e^1=e 이므로 구체적으로 다음이 필요하다. e=a+b.e=a+b.

이제 x=1x=1 에서 ff 의 미분가능성을 생각하자. 다음 극한이 존재해야 한다:

lim⁡h→0f(1+h)−f(1)h특히 좌극한과 우극한이 모두 존재하고 서로 같아야 한다:lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)hh<0 이면 1+h<1 이므로 f(1+h)=a(1+h)2+b 이다. h>0 이면 1+h>1 이므로 f(1+h)=e1+h 이다. 이를 염두에 두고 좌극한과 우극한을 계산하기 시작한다:lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−[a(1+h)2+b]−[a+b]h=lim⁡h→0−ah2+2ahh=2alim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+e1+h−(a+b)h연속이 되도록 a+b 를 e 와 같다고 놓으면:=lim⁡h→0+e1+h−e1h=ddx{ex}∣x=1=e1=e\begin{aligned} \lim_{h \to 0} \frac{f(1+h)-f(1)}{h}& \\ \text{특히 좌극한과 우극한이 모두 존재하고 서로 같아야 한다:} \\ \lim_{h \to 0^-}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}&= \lim_{h \to 0^+}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} \\ \text{$h<0$ 이면 $1+h<1$ 이므로 $f(1+h)=a(1+h)^2+b$ 이다. $h>0$ 이면 $1+h>1$ 이므로 $f(1+h)=e^{1+h}$ 이다. 이를 염두에 두고 좌극한과 우극한을 계산하기 시작한다:} \\ \lim_{h \to 0^-}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}&= \lim_{h \to 0^-}\frac{[a(1+h)^2+b]-[a+b]}{h}\\ &=\lim_{h \to 0^-}\frac{ah^2+2ah}{h}=2a\\ \lim_{h \to 0^+}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}&= \lim_{h \to 0^+}\frac{e^{1+h}-(a+b)}{h} \\ \text{연속이 되도록 $a+b$ 를 $e$ 와 같다고 놓으면:} \\ &= \lim_{h \to 0^+}\frac{e^{1+h}-e^1}{h}\\ &=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^x\}\right|_{x=1}=e^1=e \end{aligned}

따라서 다음도 필요하다. 2a=e2a= e

그러므로 ff 가 미분가능하도록 하는 aa, bb 의 값은 a=b=e2a=b=\dfrac{e}{2} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

When we say a function is differentiable without specifying a range, we mean that it is differentiable over its domain. The function f(x)f(x) is differentiable when x≠1x \neq 1 for any values of aa and bb; it is up to us to figure out which constants make it differentiable when x=1x=1.

In order to be differentiable, a function must be continuous. The definition of continuity tells us that, for ff to be continuous at x=1x=1, we need lim⁡x→1f(x)=f(1)\displaystyle \lim_{x \to 1}f(x)=f(1). From the definition of ff, we see f(1)=a+b=lim⁡x→1−f(x)f(1)=a+b=\displaystyle \lim_{x \to 1^-}f(x), so we need lim⁡x→1+f(x)=a+b\displaystyle \lim_{x\to 1^+}f(x)=a+b. Since lim⁡x→1+f(x)=e1=e\displaystyle \lim_{x \to 1^+}f(x)=e^1=e, we specifically need e=a+b.e=a+b.

Now, let's consider differentiability of ff at x=1x=1. We need the following limit to exist:

lim⁡h→0f(1+h)−f(1)hIn particular, we need the one-sided limits to exist and be equal:lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)hIf h<0, then 1+h<1, so f(1+h)=a(1+h)2+b. If h>0, then 1+h>1, so f(1+h)=e1+h. With this in mind, we begin to evaluate the one-sided limits:lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−[a(1+h)2+b]−[a+b]h=lim⁡h→0−ah2+2ahh=2alim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+e1+h−(a+b)hSince we take a+b to be equal to e (to ensure continuity):=lim⁡h→0+e1+h−e1h=ddx{ex}∣x=1=e1=e\begin{aligned} \lim_{h \to 0} \frac{f(1+h)-f(1)}{h}& \\ \text{In particular, we need the one-sided limits to exist and be equal:} \\ \lim_{h \to 0^-}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}&= \lim_{h \to 0^+}\frac{f(1+h)-f(1)}{h} \\ \text{If $h<0$, then $1+h<1$, so $f(1+h)=a(1+h)^2+b$. If $h>0$, then $1+h>1$, so $f(1+h)=e^{1+h}$. With this in mind, we begin to evaluate the one-sided limits:} \\ \lim_{h \to 0^-}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}&= \lim_{h \to 0^-}\frac{[a(1+h)^2+b]-[a+b]}{h}\\ &=\lim_{h \to 0^-}\frac{ah^2+2ah}{h}=2a\\ \lim_{h \to 0^+}\frac{f(1+h)-f(1)}{h}&= \lim_{h \to 0^+}\frac{e^{1+h}-(a+b)}{h} \\ \text{Since we take $a+b$ to be equal to $e$ (to ensure continuity):} \\ &= \lim_{h \to 0^+}\frac{e^{1+h}-e^1}{h}\\ &=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{e^x\}\right|_{x=1}=e^1=e \end{aligned}

So, we also need 2a=e2a= e

Therefore, the values of aa and bb that make ff differentiable are a=b=e2a=b=\dfrac{e}{2}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.7절 · 9번
# 지수함수와 로그함수의 미분계산도전자동 분류
3.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