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

49문제 · 3 / 3쪽

41.CLP-1 · 2.8절 · 19번우리말 번역

사인과 코사인의 도함수를 이미 알고 있을 때, 몫의 미분법을 이용하여 탄젠트의 도함수를 구하는 방법을 보이세요.

영어 원문 보기

Show how you can use the quotient rule to find the derivative of tangent, if you already know the derivatives of sine and cosine.

정답·풀이 보기

tan⁡θ=sin⁡θcos⁡θSo, using the quotient rule,ddθ{tan⁡θ}=cos⁡θcos⁡θ−sin⁡θ(−sin⁡θ)cos⁡2θ=cos⁡2θ+sin⁡2θcos⁡2θ=(1cos⁡θ)2=sec⁡2θ\begin{aligned} \tan \theta &= \dfrac{\sin \theta}{\cos \theta} \\ \text{So, using the quotient rule,} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\theta}\{\tan \theta\}&=\frac{\cos\theta\cos\theta-\sin\theta(-\sin\theta)}{\cos^2\theta} =\frac{\cos^2\theta+\sin^2\theta}{\cos^2\theta}\\ &=\left(\frac{1}{\cos \theta}\right)^2=\sec^2\theta \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

tan⁡θ=sin⁡θcos⁡θSo, using the quotient rule,ddθ{tan⁡θ}=cos⁡θcos⁡θ−sin⁡θ(−sin⁡θ)cos⁡2θ=cos⁡2θ+sin⁡2θcos⁡2θ=(1cos⁡θ)2=sec⁡2θ\begin{aligned} \tan \theta &= \dfrac{\sin \theta}{\cos \theta} \\ \text{So, using the quotient rule,} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\theta}\{\tan \theta\}&=\frac{\cos\theta\cos\theta-\sin\theta(-\sin\theta)}{\cos^2\theta} =\frac{\cos^2\theta+\sin^2\theta}{\cos^2\theta}\\ &=\left(\frac{1}{\cos \theta}\right)^2=\sec^2\theta \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.5절 · 15번
# 삼각함수의 미분계산도전자동 분류
42.CLP-1 · 2.8절 · 20번우리말 번역

함수 f(x)={ax+bx<0 일 때6cos⁡x2+sin⁡x+cos⁡xx≥0 일 때f(x)=\left\{\begin{array}{ll} ax+b& x<0\text{ 일 때}\\ \frac{6\cos x}{2+\sin x+\cos x}& x\ge 0\text{ 일 때} \end{array}\right. 의 도함수가 모든 xx 에 대해 존재한다. 상수 aa 와 bb 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

The derivative of the function f(x)={ax+bfor x<06cos⁡x2+sin⁡x+cos⁡xfor x≥0f(x)=\left\{\begin{array}{ll} ax+b& \text{for }x<0\\ \frac{6\cos x}{2+\sin x+\cos x}& \text{for }x\ge 0 \end{array}\right. exists for all xx. Determine the values of the constants aa and bb.

정답·풀이 보기

함수 f(x)f(x) 가 x=0x=0 에서 연속이려면 왼쪽 부분의 식 ax+bax+b 와 오른쪽 부분의 식 6cos⁡x2+sin⁡x+cos⁡x\dfrac{6\cos x}{2+\sin x+\cos x} 가 x=0x=0 에서 서로 같아야 한다. 따라서 a×0+b=6cos⁡02+sin⁡0+cos⁡0=63  ⟹  b=2a\times 0+b=\frac{6\cos 0}{2+\sin 0+\cos 0}=\frac{6}{3} \implies \boxed{b=2}

x=0x=0 에서 미분계수 f′(x)f'(x) 가 존재하려면 극한 lim⁡h→0f(h)−f(0)h\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} 가 존재해야 한다. 특히 극한 lim⁡h→0−f(h)−f(0)h\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0^-} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} 와 lim⁡h→0+f(h)−f(0)h\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0^+} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} 가 존재하고 서로 같아야 한다.

h→0−h \to 0^- 일 때 h<0h<0 이므로 f(h)=ah+b=ah+2f(h)=ah+b=ah+2 이다. 따라서 lim⁡h→0−f(h)−f(0)h=lim⁡h→0−(ah+2)−2h=ddx{ax+2}∣x=0=a.\displaystyle \lim_{h\to 0^-}\dfrac{f(h)-f(0)}{h}=\displaystyle \lim_{h\to 0^-}\dfrac{(ah+2)-2}{h}=\left.\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ax+2\right\}\right|_{x=0}=a.

마찬가지로 h→0+h \to 0^+ 일 때 h>0h>0 이므로 f(h)=6cos⁡h1+sin⁡h+cos⁡hf(h)=\dfrac{6\cos h}{1+\sin h + \cos h} 이고 lim⁡h→0+f(h)−f(0)h=ddx{6cos⁡x2+sin⁡x+cos⁡x}∣x=0=−6sin⁡x(2+sin⁡x+cos⁡x)−6cos⁡x(cos⁡x−sin⁡x)(2+sin⁡x+cos⁡x)2∣x=0.\begin{aligned} \displaystyle \lim_{h \rightarrow 0^+} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} &= \left.\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\dfrac{6\cos x}{2+\sin x + \cos x}\right\}\right|_{x=0} \\&=\left.\frac{-6\sin x(2+\sin x+\cos x)-6\cos x(\cos x-\sin x)}{(2+\sin x+\cos x)^2}\right|_{x=0}.\end{aligned}

왼쪽 극한과 오른쪽 극한이 같아야 하므로 a=−6sin⁡0(2+sin⁡0+cos⁡0)−6cos⁡0(cos⁡0−sin⁡0)(2+sin⁡0+cos⁡0)2=−6(2+1)2  ⟹  a=−23a=\frac{-6\sin 0(2+\sin 0+\cos 0)-6\cos 0(\cos 0-\sin 0)}{(2+\sin 0+\cos 0)^2} =\frac{-6}{(2+1)^2}\implies\boxed{a=-\frac{2}{3}}

원본 교재 풀이(영어)

In order for the function f(x)f(x) to be continuous at x=0x=0, the left half formula ax+bax+b and the right half formula 6cos⁡x2+sin⁡x+cos⁡x\dfrac{6\cos x}{2+\sin x+\cos x} must match up at x=0x=0. This forces a×0+b=6cos⁡02+sin⁡0+cos⁡0=63  ⟹  b=2a\times 0+b=\frac{6\cos 0}{2+\sin 0+\cos 0}=\frac{6}{3} \implies \boxed{b=2}

In order for the derivative f′(x)f'(x) to exist at x=0x=0, the limit lim⁡h→0f(h)−f(0)h\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} must exist. In particular, the limits lim⁡h→0−f(h)−f(0)h\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0^-} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} and lim⁡h→0+f(h)−f(0)h\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0^+} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} must exist and be equal to each other.

When h→0−h \to 0^-, this means h<0h<0, so f(h)=ah+b=ah+2f(h)=ah+b=ah+2. So: lim⁡h→0−f(h)−f(0)h=lim⁡h→0−(ah+2)−2h=ddx{ax+2}∣x=0=a.\displaystyle \lim_{h\to 0^-}\dfrac{f(h)-f(0)}{h}=\displaystyle \lim_{h\to 0^-}\dfrac{(ah+2)-2}{h}=\left.\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ax+2\right\}\right|_{x=0}=a.

Similarly, when h→0+h \to 0^+, then h>0h>0, so f(h)=6cos⁡h1+sin⁡h+cos⁡hf(h)=\dfrac{6\cos h}{1+\sin h + \cos h} and lim⁡h→0+f(h)−f(0)h=ddx{6cos⁡x2+sin⁡x+cos⁡x}∣x=0=−6sin⁡x(2+sin⁡x+cos⁡x)−6cos⁡x(cos⁡x−sin⁡x)(2+sin⁡x+cos⁡x)2∣x=0.\begin{aligned} \displaystyle \lim_{h \rightarrow 0^+} \dfrac{f(h)-f(0)}{h} &= \left.\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\dfrac{6\cos x}{2+\sin x + \cos x}\right\}\right|_{x=0} \\&=\left.\frac{-6\sin x(2+\sin x+\cos x)-6\cos x(\cos x-\sin x)}{(2+\sin x+\cos x)^2}\right|_{x=0}.\end{aligned}

Since the limits from the left and right must be equal, this forces a=−6sin⁡0(2+sin⁡0+cos⁡0)−6cos⁡0(cos⁡0−sin⁡0)(2+sin⁡0+cos⁡0)2=−6(2+1)2  ⟹  a=−23a=\frac{-6\sin 0(2+\sin 0+\cos 0)-6\cos 0(\cos 0-\sin 0)}{(2+\sin 0+\cos 0)^2} =\frac{-6}{(2+1)^2}\implies\boxed{a=-\frac{2}{3}}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 21번
# 삼각함수의 미분계산도전자동 분류
43.CLP-1 · 2.8절 · 21번우리말 번역

f(x)=tan⁡xf(x) = \tan x 의 도함수가 존재하는 xx 의 값은 무엇입니까?

영어 원문 보기

For which values of xx does the derivative of f(x)=tan⁡xf(x) = \tan x exist?

정답·풀이 보기

f′(x)f'(x) 가 존재하려면 f(x)f(x) 가 존재해야 한다. 정수 nn 에 대하여 x=π2+nπx=\frac{\pi}{2}+n\pi 일 때마다 tan⁡x\tan x 가 존재하지 않음은 이미 알고 있다. 조금 더 살펴보면, tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \frac{\sin x}{\cos x} 이므로 탄젠트가 존재하지 않는 점은 코사인이 0인 점과 정확히 일치한다.

그래프를 보면 탄젠트는 정의역에서 매끄러운 곡선처럼 보이므로, 탄젠트가 정의된 모든 곳에서 그 도함수도 정의된다고 짐작할 수 있다. 이를 확인할 수 있다. f′(x)=sec⁡2x=(1cos⁡x)2f'(x) = \sec^2 x = \left(\frac{1}{\cos x}\right)^2 이다. 실제로 cos⁡x\cos x 가 0이 아닌 곳에서는 f′f' 이 존재한다.

따라서 f′(x)f'(x) 는 어떤 정수 nn 에 대하여 x=π2+nπx=\frac{\pi}{2}+n\pi 인 경우를 제외한 모든 xx 의 값에서 존재한다.

원본 교재 풀이(영어)

In order for f′(x)f'(x) to exist, f(x)f(x) has to exist. We already know that tan⁡x\tan x does not exist whenever x=π2+nπx=\frac{\pi}{2}+n\pi for any integer nn. If we look a little deeper, since tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}, the points where tangent does not exist correspond exactly to the points where cosine is zero.

From its graph, tangent looks like a smooth curve over its domain, so we might guess that everywhere tangent is defined, its derivative is defined. We can check this: f′(x)=sec⁡2x=(1cos⁡x)2f'(x) = \sec^2 x = \left(\frac{1}{\cos x}\right)^2. Indeed, wherever cos⁡x\cos x is nonzero, f′f' exists.

So, f′(x)f'(x) exists for all values of xx except when x=π2+nπx=\frac{\pi}{2}+n\pi for some integer nn.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 22번
# 삼각함수의 미분계산도전자동 분류
44.CLP-1 · 2.8절 · 22번우리말 번역

10sin⁡(x)x2+x−6\dfrac{10\sin(x)}{x^2+x-6} 의 도함수가 존재하는 xx 의 값은 무엇입니까? 답을 설명하세요.

영어 원문 보기

For what values of xx does the derivative of 10sin⁡(x)x2+x−6\dfrac{10\sin(x)}{x^2+x-6} exist? Explain your answer.

정답·풀이 보기

x2+x−6≠0x^2+x-6\ne 0 일 때마다 이 함수는 미분가능하다. 그 도함수가

10cos⁡(x)⋅(x2+x−6)−10sin⁡(x)⋅(2x+1)(x2+x−6)2,\begin{aligned} \frac{10\cos(x)\cdot (x^2+x-6)-10\sin(x)\cdot (2x+1)}{(x^2+x-6)^2}, \end{aligned}

이고, 이는 x2+x−6=0x^2+x-6=0 이 아닌 한 잘 정의되기 때문이다. x2+x−6=(x−2)(x+3)=0x^2+x-6=(x-2)(x+3)=0 을 풀면 x=2x=2 와 x=−3x=-3 을 얻는다. 따라서 이 함수는 x=2x=2 와 x=−3x=-3 을 제외한 모든 실수 xx 에서 미분가능하다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is differentiable whenever x2+x−6≠0x^2+x-6\ne 0 since the derivative equals

10cos⁡(x)⋅(x2+x−6)−10sin⁡(x)⋅(2x+1)(x2+x−6)2,\begin{aligned} \frac{10\cos(x)\cdot (x^2+x-6)-10\sin(x)\cdot (2x+1)}{(x^2+x-6)^2}, \end{aligned}

which is well-defined unless x2+x−6=0x^2+x-6=0. We solve x2+x−6=(x−2)(x+3)=0,x^2+x-6=(x-2)(x+3)=0, and get x=2x=2 and x=−3x=-3. So, the function is differentiable for all real values xx except for x=2x=2 and for x=−3x=-3.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 23번
# 삼각함수의 미분계산도전자동 분류
45.CLP-1 · 2.8절 · 23번우리말 번역

xx 의 어떤 값에서 x2+6x+5sin⁡(x)\dfrac{x^2+6x+5}{\sin(x)} 의 도함수가 존재하는지 구하세요. 답을 설명하세요.

영어 원문 보기

For what values of xx does the derivative of x2+6x+5sin⁡(x)\dfrac{x^2+6x+5}{\sin(x)} exist? Explain your answer.

정답·풀이 보기

도함수가 다음과 같으므로 sin⁡(x)≠0\sin(x)\ne 0 일 때마다 이 함수는 미분가능하다.

sin⁡(x)⋅(2x+6)−cos⁡(x)⋅(x2+6x+5)(sin⁡x)2,\begin{aligned} \frac{\sin(x)\cdot (2x+6) - \cos(x)\cdot (x^2+6x+5)}{(\sin x)^2}, \end{aligned}

이 식은 sin⁡x=0\sin x = 0 이 아니면 잘 정의된다. 이는 xx 가 π\pi 의 정수 배일 때 일어난다. 따라서 이 함수는 x=nπx=n\pi 를 제외한 모든 실수 xx 에서 미분가능하다. 여기서 nn 은 임의의 정수이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function is differentiable whenever sin⁡(x)≠0\sin(x)\ne 0 since the derivative equals

sin⁡(x)⋅(2x+6)−cos⁡(x)⋅(x2+6x+5)(sin⁡x)2,\begin{aligned} \frac{\sin(x)\cdot (2x+6) - \cos(x)\cdot (x^2+6x+5)}{(\sin x)^2}, \end{aligned}

which is well-defined unless sin⁡x=0\sin x = 0. This happens when xx is an integer multiple of π\pi. So, the function is differentiable for all real values xx except x=nπ,x=n\pi,, where nn is any integer.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.5절 · 13번
# 삼각함수의 미분계산도전자동 분류
46.CLP-1 · 2.8절 · 26번우리말 번역

함수 f(x)=exsin⁡xf(x)=e^x\sin x 가 수평인 접선을 갖는 xx 의 값은 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

For which values of xx does the function f(x)=exsin⁡xf(x)=e^x\sin x have a horizontal tangent line?

정답·풀이 보기

f′(x)=0f'(x)=0 을 풀어야 한다. 즉, ex[sin⁡x+cos⁡x]=0e^x[\sin x + \cos x]=0 이다. exe^x 는 항상 양수이므로 sin⁡x+cos⁡x=0\sin x + \cos x =0 인 모든 점을 찾아야 한다. 즉, sin⁡x=−cos⁡x\sin x = - \cos x 인 xx 의 값을 모두 찾아야 한다. 단위원을 살펴보면 임의의 정수 nn 에 대해 x=3π4+nπx = \frac{3\pi}{4}+n\pi 일 때마다 이것이 성립함을 알 수 있다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

We are asked to solve f′(x)=0f'(x)=0. That is, ex[sin⁡x+cos⁡x]=0e^x[\sin x + \cos x]=0. Since exe^x is always positive, that means we need to find all points where sin⁡x+cos⁡x=0\sin x + \cos x =0. That is, we need to find all values of xx where sin⁡x=−cos⁡x\sin x = - \cos x. Looking at the unit circle, we see this happens whenever x=3π4+nπx = \frac{3\pi}{4}+n\pi for any integer nn.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 30번
# 삼각함수의 미분계산도전자동 분류
47.CLP-1 · 2.8절 · 30번우리말 번역

lim⁡x→0sin⁡x27+2x5ex99sin⁡5x\lim\limits_{x\rightarrow 0} \dfrac{\sin x^{27}+2x^5 e^{x^{99}}}{\sin^5 x} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate lim⁡x→0sin⁡x27+2x5ex99sin⁡5x\lim\limits_{x\rightarrow 0} \dfrac{\sin x^{27}+2x^5 e^{x^{99}}}{\sin^5 x}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{\sin x}{x} =1 임을 떠올리자. 이를 이용하기 위해 분자와 분모를 x5x^5 으로 나눈다(분모에서 사인의 거듭제곱이 55 이고, 분모가 0으로 가면 대체로 극한을 구하기 더 어렵기 때문이다).

lim⁡x→0sin⁡x27+2x5ex99sin⁡5x=lim⁡x→0sin⁡x27x5+2ex99(sin⁡xx)5\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{\sin x^{27}+2x^5 e^{x^{99}}}{\sin^5 x} &=\lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{\dfrac{\sin x^{27}}{x^{5}}+2 e^{x^{99}}} {\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)^5} \end{aligned}

이제 분모는 1로 가므로 다루기 쉽지만, 분자에 있는 분수 sin⁡x27x5\dfrac{\sin x^{27}}{x^5} 을 처리해야 한다. 이 분수는 그다지 익숙하지 않지만, xx 가 0으로 가면 x27x^{27} 도 0으로 가므로 sin⁡x27x27\dfrac{\sin x^{27}}{x^{27}} 은 11 로 간다는 것을 안다. 따라서

lim⁡x→0sin⁡x27+2x5ex99sin⁡5x=lim⁡x→0x22sin⁡x27x27+2ex99(sin⁡xx)5=0×1+2×e015=2\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{\sin x^{27}+2x^5 e^{x^{99}}}{\sin^5 x} &=\lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{x^{22}\dfrac{\sin x^{27}}{x^{27}}+2 e^{x^{99}}} {\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)^5} =\dfrac{0\times 1+2\times e^0}{1^5} =2 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Recall that lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim\limits_{x\rightarrow 0}\dfrac{\sin x}{x} =1. In order to take advantage of this knowledge, we divide the numerator and denominator by x5x^5 (because 55 is the power of sine in the denominator, and a denominator that goes to zero generally makes a limit harder).

lim⁡x→0sin⁡x27+2x5ex99sin⁡5x=lim⁡x→0sin⁡x27x5+2ex99(sin⁡xx)5\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{\sin x^{27}+2x^5 e^{x^{99}}}{\sin^5 x} &=\lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{\dfrac{\sin x^{27}}{x^{5}}+2 e^{x^{99}}} {\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)^5} \end{aligned}

Now the denominator goes to 1, which is nice, but we need to take care of the fraction sin⁡x27x5\dfrac{\sin x^{27}}{x^5} in the numerator. This fraction isn't very familiar, but we know that, as xx goes to zero, x27x^{27} also goes to zero, so that sin⁡x27x27\dfrac{\sin x^{27}}{x^{27}} goes to 11. Consequently,

lim⁡x→0sin⁡x27+2x5ex99sin⁡5x=lim⁡x→0x22sin⁡x27x27+2ex99(sin⁡xx)5=0×1+2×e015=2\begin{aligned} \lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{\sin x^{27}+2x^5 e^{x^{99}}}{\sin^5 x} &=\lim_{x\rightarrow 0} \dfrac{x^{22}\dfrac{\sin x^{27}}{x^{27}}+2 e^{x^{99}}} {\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)^5} =\dfrac{0\times 1+2\times e^0}{1^5} =2 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 6번
# 삼각함수의 미분계산자동 분류
48.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
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49.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
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