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

72문제 · 4 / 4쪽

61.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
62.CLP-1 · 2.8절 · 24번우리말 번역

x=π4x=\dfrac{\pi}{4} 에서 y=tan⁡(x)y=\tan(x) 의 그래프에 접하는 직선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the equation of the line tangent to the graph of y=tan⁡(x)y=\tan(x) at x=π4x=\dfrac{\pi}{4}.

정답·풀이 보기

tan⁡(x)\tan(x) 의 도함수는 sec⁡2(x)\sec^2(x) 이고, 이를 x=π4x=\frac{\pi}{4} 에서 계산하면 22 이다. 또한 tan⁡(π/4)=1\tan(\pi/4)=1 이므로 접선의 방정식은

y−1=2⋅(x−π/4).\begin{aligned} y - 1 = 2\cdot (x-\pi/4). \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

We compute the derivative of tan⁡(x)\tan(x) as being sec⁡2(x)\sec^2(x), which evaluated at x=π4x=\frac{\pi}{4} yields 22. Since we also compute tan⁡(π/4)=1\tan(\pi/4)=1, then the equation of the tangent line is

y−1=2⋅(x−π/4).\begin{aligned} y - 1 = 2\cdot (x-\pi/4). \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 25번
# 삼각함수의 미분그래프·표 해석도전자동 분류
63.CLP-1 · 2.8절 · 25번우리말 번역

x=0x=0 에서 y=sin⁡(x)+cos⁡(x)+exy=\sin(x)+\cos(x)+e^x 의 그래프에 접하는 직선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the equation of the line tangent to the graph of y=sin⁡(x)+cos⁡(x)+exy=\sin(x)+\cos(x)+e^x at x=0x=0.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

도함수 y′=cos⁡(x)−sin⁡(x)+exy' = \cos(x)-\sin(x)+e^x 을 구하고, 이를 x=0x=0 에서 계산하면 1−0+1=21-0+1 = 2 이다. 또한 y(0)=0+1+1=2y(0)=0+1+1=2 이므로 접선의 방정식은

y−2=2(x−0)\begin{aligned} y - 2 = 2(x-0) \end{aligned}

즉 y=2x+2y=2x+2 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We compute the derivative y′=cos⁡(x)−sin⁡(x)+exy' = \cos(x)-\sin(x)+e^x, which evaluated at x=0x=0 yields 1−0+1=21-0+1 = 2. Since we also compute y(0)=0+1+1=2y(0)=0+1+1=2, the equation of the tangent line is

y−2=2(x−0)\begin{aligned} y - 2 = 2(x-0) \end{aligned}

ie y=2x+2y=2x+2.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.5절 · 29번
# 삼각함수의 미분그래프·표 해석도전자동 분류
64.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
65.CLP-1 · 2.8절 · 27번우리말 번역

f(x)={sin⁡xx,x≠01,x=0f(x)=\left\{\begin{array}{ccc} \frac{\sin x}{x}&,&x \neq 0\\ 1&,&x=0 \end{array}\right. 라 하자. f′(0)f'(0) 을 구하거나, 존재하지 않음을 보이세요.

영어 원문 보기

Let f(x)={sin⁡xx,x≠01,x=0f(x)=\left\{\begin{array}{ccc} \frac{\sin x}{x}&,&x \neq 0\\ 1&,&x=0 \end{array}\right. Find f′(0)f'(0), or show that it does not exist.

정답·풀이 보기

먼저, 이 함수는 연속이다. 왜냐하면 lim⁡x→0f(x)=lim⁡x→0sin⁡xx=1=f(0)\lim_{x \to 0} f(x)=\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x}=1=f(0) 이기 때문이다. 이것은 확인해 두면 유용하다. 만약 함수가 x=0x=0 에서 불연속이라면 그 점에서 미분가능하지 않다는 것을 바로 알 수 있기 때문이다.

이제 미분계수를 구하자. 극한을 이용한 정의를 사용할 수 있다.

f′(0)=lim⁡h→0f(0+h)−f(0)h 극한이 존재하면=lim⁡h→0f(h)−1h=lim⁡h→0sin⁡hh−1h\begin{aligned} f'(0)&=\lim_{h \to 0}\frac{f(0+h)-f(0)}{h}\qquad\text{ 극한이 존재하면}\\ &=\lim_{h \to 0} \frac{f(h)-1}{h}\\ &=\lim_{h \to 0} \frac{\frac{\sin h}{h}-1}{h} \end{aligned}

hh 가 0에 가까워지면 분자와 분모가 모두 0에 가까워진다. 따라서 이 극한의 값을 구하려면 더 많은 작업이 필요하다. 이용할 수 있는 핵심 아이디어는 교재에서 사인 함수의 도함수를 구할 때 보인 결과이다. hh 가 0에 가까울 때 cos⁡h≤sin⁡hh≤1\cos h \leq \frac{\sin h}{h} \leq 1 이다. 이를 이용해 극한을 위아래로 묶고, 조임 정리를 적용한다.

cos⁡h≤sin⁡hh≤1따라서, cos⁡h−1≤sin⁡hh−1≤1−1=0\begin{aligned} &\cos h&&\leq&&\frac{\sin h}{h}&&\leq&&1\\ \text{따라서, }\qquad&\cos h-1&&\leq&&\frac{\sin h}{h}-1&&\leq&& 1-1=0 \end{aligned}

이고 1h(sin⁡hh−1)\frac{1}{h}\left(\frac{\sin h}{h}-1\right) 은 00 과 cos⁡h−1h\frac{\cos h-1}{h} 사이에 있다. cos⁡h−1h\frac{\cos h-1}{h} 의 극한은 미분계수의 정의와 닮았음에 주목하면 구할 수 있다.

lim⁡h→0cos⁡h−1h=lim⁡h→0cos⁡(0+h)−cos⁡(0)h=ddx{cos⁡x}∣x=0=0\begin{aligned} \lim_{h \to 0}\frac{\cos h-1}{h}&=\lim_{h \to 0}\frac{\cos(0+h)-\cos(0)}{h}\\ &=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left.\left\{\cos x \right\}\right|_{x=0}=0 \end{aligned}

따라서 조임 정리에 의해 f′(0)=lim⁡h→0sin⁡hh−1h=0f'(0) =\displaystyle \lim_{h \to 0}\frac{\frac{\sin h}{h}-1}{h}=0 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, we note that our function is continuous, because lim⁡x→0f(x)=lim⁡x→0sin⁡xx=1=f(0)\lim_{x \to 0} f(x)=\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x}=1=f(0) This is a handy thing to check: if the function were discontinuous at x=0x=0, then we would automatically know that it was not differentiable there.

Now, on to the derivative. We can use the limit definition:

f′(0)=lim⁡h→0f(0+h)−f(0)h if it exists=lim⁡h→0f(h)−1h=lim⁡h→0sin⁡hh−1h\begin{aligned} f'(0)&=\lim_{h \to 0}\frac{f(0+h)-f(0)}{h}\qquad\text{ if it exists}\\ &=\lim_{h \to 0} \frac{f(h)-1}{h}\\ &=\lim_{h \to 0} \frac{\frac{\sin h}{h}-1}{h} \end{aligned}

As hh approaches 0, both the numerator and the denominator approach 0. So, to evaluate the limit, we need to do more work. The key insight we can use is a result that was shown in the text while evaluating the derivative of sine. When hh is close to 0, cos⁡h≤sin⁡hh≤1\cos h \leq \frac{\sin h}{h} \leq 1. We use this to bound our limit, and then apply the squeeze theorem.

cos⁡h≤sin⁡hh≤1So, cos⁡h−1≤sin⁡hh−1≤1−1=0\begin{aligned} &\cos h&&\leq&&\frac{\sin h}{h}&&\leq&&1\\ \text{So, }\qquad&\cos h-1&&\leq&&\frac{\sin h}{h}-1&&\leq&& 1-1=0 \end{aligned}

and 1h(sin⁡hh−1)\frac{1}{h}\left(\frac{\sin h}{h}-1\right) is between 00 and cos⁡h−1h\frac{\cos h-1}{h}. We can evaluate the limit of cos⁡h−1h\frac{\cos h-1}{h}, by noticing its similarity to the definition of the derivative.

lim⁡h→0cos⁡h−1h=lim⁡h→0cos⁡(0+h)−cos⁡(0)h=ddx{cos⁡x}∣x=0=0\begin{aligned} \lim_{h \to 0}\frac{\cos h-1}{h}&=\lim_{h \to 0}\frac{\cos(0+h)-\cos(0)}{h}\\ &=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left.\left\{\cos x \right\}\right|_{x=0}=0 \end{aligned}

So, by the Squeeze Theorem, f′(0)=lim⁡h→0sin⁡hh−1h=0f'(0) =\displaystyle \lim_{h \to 0}\frac{\frac{\sin h}{h}-1}{h}=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 2.8절 · 4번
# 삼각함수의 미분증명·논술도전자동 분류
66.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
67.Active Calculus · 2.2절 · 4번우리말 번역

V(t)=24⋅1.07t+6sin⁡(t)V(t) = 24 \cdot 1.07^t + 6 \sin(t) 가 tt년도의 어떤 사람의 투자 포트폴리오 가치(단위: 천 달러)를 나타낸다고 하자. 여기서 t=0t = 0 은 2010년 1월 1일에 해당한다.

(a) 2012년 1월 1일에 포트폴리오의 가치는 순간적으로 어떤 비율로 변하고 있습니까? 답에 단위를 포함하세요. (b) V′′(2)V''(2) 의 값을 구하세요. 이 양의 단위는 무엇이며, 이것은 포트폴리오의 가치가 어떻게 변하고 있는지에 대해 무엇을 알려 줍니까? (c) 구간 0≤t≤200 \le t \le 20 에서 함수 V(t)=24⋅1.07t+6sin⁡(t)V(t) = 24 \cdot 1.07^t + 6 \sin(t) 의 그래프를 그리고, 문제의 상황에 맞게 그 변화 양상을 설명하세요. 그런 다음 함수 A(t)=24⋅1.07tA(t) = 24 \cdot 1.07^t 와 V(t)=24⋅1.07t+6sin⁡(t)V(t) = 24 \cdot 1.07^t + 6 \sin(t) 의 그래프, 그리고 그 도함수 A′(t)A'(t) 와 V′(t)V'(t) 의 그래프를 비교하세요. 항 6sin⁡(t)6 \sin(t) 는 함수 V(t)V(t) 의 변화 양상에 어떤 영향을 줍니까?

영어 원문 보기

Suppose that V(t)=24⋅1.07t+6sin⁡(t)V(t) = 24 \cdot 1.07^t + 6 \sin(t) represents the value of a person's investment portfolio in thousands of dollars in year tt, where t=0t = 0 corresponds to January 1, 2010.

(a) At what instantaneous rate is the portfolio's value changing on January 1, 2012? Include units on your answer. (b) Determine the value of V′′(2)V''(2). What are the units on this quantity and what does it tell you about how the portfolio's value is changing? (c) On the interval 0≤t≤200 \le t \le 20, graph the function V(t)=24⋅1.07t+6sin⁡(t)V(t) = 24 \cdot 1.07^t + 6 \sin(t) and describe its behavior in the context of the problem. Then, compare the graphs of the functions A(t)=24⋅1.07tA(t) = 24 \cdot 1.07^t and V(t)=24⋅1.07t+6sin⁡(t)V(t) = 24 \cdot 1.07^t + 6 \sin(t), as well as the graphs of their derivatives A′(t)A'(t) and V′(t)V'(t). What is the impact of the term 6sin⁡(t)6 \sin(t) on the behavior of the function V(t)V(t)?

정답·풀이 보기

(a) 2012년 1월 1일은 t=2t = 2 인 순간에 해당하므로 V′(2)V'(2) 를 계산한다. 먼저 합의 법칙과 상수배 법칙에 의해 V′(t)=24⋅1.07t⋅ln⁡(1.07)+6cos⁡(t)V'(t) = 24 \cdot 1.07^t \cdot \ln(1.07) + 6 \cos(t) 임을 알 수 있다. 따라서 V′(2)=24⋅1.072⋅ln⁡(1.07)+6cos⁡(2)≈−0.63778V'(2) = 24 \cdot 1.07^2 \cdot \ln(1.07) + 6 \cos(2) \approx -0.63778 이다. VV 는 천 달러 단위로, tt 는 년 단위로 측정되므로, 2012년 1월 1일에 포트폴리오의 가치는 1년당 637.78637.78 달러의 비율로 감소하고 있음을 알 수 있다. (b) V′(t)=24⋅1.07t⋅ln⁡(1.07)+6cos⁡(t)V'(t) = 24 \cdot 1.07^t \cdot \ln(1.07) + 6 \cos(t) 이므로 V′′(t)=24⋅1.07t⋅(ln⁡(1.07))2−6sin⁡(t)V''(t) = 24 \cdot 1.07^t \cdot (\ln(1.07))^2 - 6 \sin(t) 이고, 따라서 V′′(2)=24⋅1.072⋅ln⁡(1.07)2−6sin⁡(2)≈−5.33V''(2) = 24 \cdot 1.07^2 \cdot \ln(1.07)^2 - 6 \sin(2) \approx -5.33 이며 단위는 “천 달러/년/년”이다. 이는 t=2t = 2 인 시점 부근에서 포트폴리오의 가치가 감소하고 있으며 동시에 가치 함수가 위로 볼록임을 뜻한다. 더 구체적으로, t=2t = 2 인 순간에 V′V' 은 감소하고 있고, 도함수의 값은 다음 1년 동안 약 5.335.33 천 달러/년만큼 감소할 것으로 예상된다. 다시 말해 포트폴리오의 가치는 감소하고 있을 뿐만 아니라, 해가 지날수록 더 빠르게 감소할 것으로 예상된다. (c) 아래 그림에는 VV 와 AA 의 그래프와 각각에 대응하는 도함수의 그래프가 나타나 있다. 함수 AA 는 순수한 지수함수로서 항상 증가하며 증가하는 비율도 계속 커진다. AA 에 항 6sin⁡(t)6\sin(t) 를 더하여 함수 VV 를 만들면 포트폴리오 가치에 변동성이 더해진다. 사인함수가 진동하는 성질 때문에 주식 가치뿐만 아니라 그 변화율에도 변동이 생긴다. 또한 시간이 지나 24⋅(1.07)t24 \cdot (1.07)^t 의 값이 커질수록 6sin⁡(t)6 \sin(t) 의 영향은 줄어듦을 알 수 있다. A(t) = 24 곱하기 1.07의 t제곱 과 V(t) = 24 곱하기 1.07의 t제곱 + 6 sin(t) 의 그래프, 그리고 그 도함수 A'(t) = 24 ln(1.07) 곱하기 1.07의 t제곱 과 V'(t) = 24 ln(1.07) 곱하기 1.07의 t제곱 + 6 cos(t) 의 그래프.

원본 교재 풀이(영어)

(a) January 1, 2012 corresponds to the instant t=2t = 2, so we compute V′(2)V'(2). First, we observe by the sum and constant multiple rules that V′(t)=24⋅1.07t⋅ln⁡(1.07)+6cos⁡(t)V'(t) = 24 \cdot 1.07^t \cdot \ln(1.07) + 6 \cos(t). Thus, V′(2)=24⋅1.072⋅ln⁡(1.07)+6cos⁡(2)≈−0.63778V'(2) = 24 \cdot 1.07^2 \cdot \ln(1.07) + 6 \cos(2) \approx -0.63778. Since VV is measured in thousands of dollars and tt in years, we know that the portfolio's value is decreasing at a rate of 637.78637.78 dollars per year on January 1, 2012. (b) Since V′(t)=24⋅1.07t⋅ln⁡(1.07)+6cos⁡(t)V'(t) = 24 \cdot 1.07^t \cdot \ln(1.07) + 6 \cos(t), it follows that V′′(t)=24⋅1.07t⋅(ln⁡(1.07))2−6sin⁡(t)V''(t) = 24 \cdot 1.07^t \cdot (\ln(1.07))^2 - 6 \sin(t), and thus V′′(2)=24⋅1.072⋅ln⁡(1.07)2−6sin⁡(2)≈−5.33V''(2) = 24 \cdot 1.07^2 \cdot \ln(1.07)^2 - 6 \sin(2) \approx -5.33, with units “thousands of dollars per year per year”. This means that around the time that t=2t = 2, the portfolio's value is decreasing at while the value function is concave down. More specifically, we know that V′V' is decreasing at the moment t=2t = 2 and expect the derivative's value to decrease by about 5.335.33 thousand dollars per year over the course of the next year. In other words, the portfolio's value is not only decreasing, but we expect it to decrease more rapidly as the year goes on. (c) In the figure below, we see plots of both VV and AA along with their corresponding derivatives. We see that the function AA is a purely exponential function that always increases at an increasing rate. By adding the term 6sin⁡(t)6\sin(t) to AA to create the function VV, we add volatility to the value of the portfolio: the oscillating nature of the sine function not only creates variance in the stock's value, but also in its rate of change. We also observe that as time progresses and the value of 24⋅(1.07)t24 \cdot (1.07)^t increases, the effect of 6sin⁡(t)6 \sin(t) lessens. The graphs of A(t) = 24 cdot 1.07 t and V(t) = 24 cdot 1.07 t + 6 sin(t), as well as their derivatives A'(t) = 24 ln(1.07) 1.07 t and V'(t) = 24 ln(1.07) 1.07 t + 6 cos(t).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 3.5절 · 7번
# 삼각함수의 미분그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
68.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
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
69.Active Calculus · 2.2절 · 6번우리말 번역

이 문제에서는 미분의 극한 정의로부터 ddx[sin⁡(x)]=cos⁡(x)\frac{d}{dx}[\sin(x)] = \cos(x) 임을 더 엄밀하게 보이는 방법을 알아봅니다. f(x)=sin⁡(x)f(x) = \sin(x) 라 하면, 도함수의 극한 정의에 의해 다음이 성립합니다.

f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x+h)−sin⁡(x)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x+h) - \sin(x)}{h}\,.

(a) 두 각 α\alpha, β\beta 의 합에 대한 사인의 삼각함수 공식 sin⁡(α+β)=sin⁡(α)cos⁡(β)+cos⁡(α)sin⁡(β)\sin(\alpha + \beta) = \sin(\alpha)\cos(\beta) + \cos(\alpha)\sin(\beta) 를 떠올리세요. 이 공식과 약간의 대수적 계산을 이용하여 다음을 보이세요. f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x)(cos⁡(h)−1)+cos⁡(x)sin⁡(h)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x)(\cos(h)-1) + \cos(x)\sin(h)}{h}\,. (b) 다음으로, hh 가 변하는 동안 xx 는 상수로 유지됨에 주목하세요. 그렇다면 다음과 같이 말하는 것이 타당한 이유를 설명하세요. f′(x)=sin⁡(x)⋅lim⁡h→0cos⁡(h)−1h+cos⁡(x)⋅lim⁡h→0sin⁡(h)h .f'(x) = \sin(x) \cdot \lim_{h \to 0} \frac{\cos(h) -1 }{h} + \cos(x) \cdot \lim_{h \to 0} \frac{\sin(h)}{h}\,. (c) 마지막으로, 작은 hh 의 값을 이용하여 (c)의 두 극한의 값을 어림하세요. lim⁡h→0cos⁡(h)−1h  그리고  lim⁡h→0sin⁡(h)h .\lim_{h \to 0} \frac{\cos(h) - 1}{h} \ \ \text{그리고} \ \ \lim_{h \to 0} \frac{\sin(h)}{h}\,. (d) 그렇다면 (b)와 (c)의 결과는 f′(x)f'(x) 에 대해 무엇을 알려 주는지 설명하세요. (e) 위에서 밟은 단계를 따라 하여, 미분의 극한 정의를 이용해 ddx[cos⁡(x)]=−sin⁡(x)\frac{d}{dx}[\cos(x)] = -\sin(x) 임을 설득력 있게 논증하세요.

영어 원문 보기

In this exercise, we explore how the limit definition of the derivative more formally shows that ddx[sin⁡(x)]=cos⁡(x)\frac{d}{dx}[\sin(x)] = \cos(x). Letting f(x)=sin⁡(x)f(x) = \sin(x), note that the limit definition of the derivative tells us that

f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x+h)−sin⁡(x)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x+h) - \sin(x)}{h}\,.

(a) Recall the trigonometric identity for the sine of a sum of angles α\alpha and β\beta: sin⁡(α+β)=sin⁡(α)cos⁡(β)+cos⁡(α)sin⁡(β)\sin(\alpha + \beta) = \sin(\alpha)\cos(\beta) + \cos(\alpha)\sin(\beta). Use this identity and some algebra to show that f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x)(cos⁡(h)−1)+cos⁡(x)sin⁡(h)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x)(\cos(h)-1) + \cos(x)\sin(h)}{h}\,. (b) Next, note that as hh changes, xx remains constant. Explain why it therefore makes sense to say that f′(x)=sin⁡(x)⋅lim⁡h→0cos⁡(h)−1h+cos⁡(x)⋅lim⁡h→0sin⁡(h)h .f'(x) = \sin(x) \cdot \lim_{h \to 0} \frac{\cos(h) -1 }{h} + \cos(x) \cdot \lim_{h \to 0} \frac{\sin(h)}{h}\,. (c) Finally, use small values of hh to estimate the values of the two limits in (c): lim⁡h→0cos⁡(h)−1h  and  lim⁡h→0sin⁡(h)h .\lim_{h \to 0} \frac{\cos(h) - 1}{h} \ \ \text{and} \ \ \lim_{h \to 0} \frac{\sin(h)}{h}\,. (d) What do your results in (b) and (c) thus tell you about f′(x)f'(x)? (e) By emulating the steps taken above, use the limit definition of the derivative to argue convincingly that ddx[cos⁡(x)]=−sin⁡(x)\frac{d}{dx}[\cos(x)] = -\sin(x).

정답·풀이 보기

(a) 정의에 의해 f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x+h)−sin⁡(x)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x+h) - \sin(x)}{h}\,. 사인 함수의 두 각의 합 공식에 의해 sin⁡(x+h)=sin⁡(x)cos⁡(h)+cos⁡(x)sin⁡(h)\sin(x+h) = \sin(x)\cos(h) + \cos(x)\sin(h) 이므로 f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x)cos⁡(h)+cos⁡(x)sin⁡(h)−sin⁡(x)hf'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x)\cos(h) + \cos(x)\sin(h) - \sin(x)}{h} .. 첫째 항과 마지막 항을 묶고 sin⁡(x)\sin(x) 를 공통인수로 묶어 내면 f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x)(cos⁡(h)−1)+cos⁡(x)sin⁡(h)−sin⁡(x)hf'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{ \sin(x)(\cos(h)-1) + \cos(x)\sin(h) - \sin(x) }{h} .. (b) (a)에서 이어서, 분자의 각 부분을 hh 로 나누면 다음과 같다. f′(x)=lim⁡h→0(sin⁡(x)(cos⁡(h)−1)h+cos⁡(x)sin⁡(h)h) .f'(x) = \lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(x) (\cos(h)-1) }{h} + \frac{\cos(x)\sin(h)}{h} \right)\,. 다음으로, sin⁡(x)\sin(x) 는 hh 에 의존하지 않고, 마찬가지로 cos⁡(x)\cos(x) 도 hh 와 무관하다. 따라서 이들을 상수로 보아 극한 기호 밖으로 낼 수 있고, 또 합의 극한은 극한의 합과 같다. 그러므로 다음과 같이 쓸 수 있다. f′(x)=sin⁡(x)⋅lim⁡h→0(cos⁡(h)−1h)+cos⁡(x)⋅lim⁡h→0(sin⁡(h)h) .f'(x) = \sin(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\cos(h)-1}{h} \right) + \cos(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(h)}{h} \right)\,. (c) 작은 양수와 음수인 hh 의 값을 이용하여 구하려는 극한을 어림하면 lim⁡h→0(cos⁡(h)−1h)=0\lim_{h \to 0} \left( \frac{\cos(h)-1}{h} \right) = 0 이고 lim⁡h→0(sin⁡(h)h)=1\lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(h)}{h} \right) = 1 임을 알 수 있다. 각 경우에 h=±0.01,±0.001,±0.0001h = \pm 0.01, \pm 0.001, \pm 0.0001 의 hh 값을 살펴보면 충분하다. (d) (b)와 (c)의 결과를 합치면 다음을 얻는다. f′(x)=sin⁡(x)⋅lim⁡h→0(cos⁡(h)−1h)+cos⁡(x)⋅lim⁡h→0(sin⁡(h)h)=sin⁡(x)⋅0+cos⁡(x)⋅1=cos⁡(x) .f'(x) = \sin(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\cos(h)-1}{h} \right) + \cos(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(h)}{h} \right) = \sin(x) \cdot 0 + \cos(x) \cdot 1 = \cos(x)\,. (e) ddx[cos⁡(x)]=−sin⁡(x)\frac{d}{dx}[\cos(x)] = -\sin(x) 임을 보이는 논증은 거의 같다. 다만 cos⁡(α+β)\cos(\alpha + \beta) 에 대한 두 각의 합 공식은 cos⁡(α+β)=cos⁡(α)cos⁡(β)−sin⁡(α)sin⁡(β)\cos(\alpha + \beta) = \cos(\alpha) \cos(\beta) - \sin(\alpha) \sin(\beta) 임에 유의한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) By definition, we know that f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x+h)−sin⁡(x)h .f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x+h) - \sin(x)}{h}\,. By the sum of two angles identity for the sine function, sin⁡(x+h)=sin⁡(x)cos⁡(h)+cos⁡(x)sin⁡(h)\sin(x+h) = \sin(x)\cos(h) + \cos(x)\sin(h), and thus f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x)cos⁡(h)+cos⁡(x)sin⁡(h)−sin⁡(x)hf'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\sin(x)\cos(h) + \cos(x)\sin(h) - \sin(x)}{h} .. Combining the first and last terms and removing a factor of sin⁡(x)\sin(x), f′(x)=lim⁡h→0sin⁡(x)(cos⁡(h)−1)+cos⁡(x)sin⁡(h)−sin⁡(x)hf'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{ \sin(x)(\cos(h)-1) + \cos(x)\sin(h) - \sin(x) }{h} .. (b) Continuing our work in (a), we divide each part of the numerator by hh and see it follows f′(x)=lim⁡h→0(sin⁡(x)(cos⁡(h)−1)h+cos⁡(x)sin⁡(h)h) .f'(x) = \lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(x) (\cos(h)-1) }{h} + \frac{\cos(x)\sin(h)}{h} \right)\,. Next, we note that sin⁡(x)\sin(x) does not depend on hh, and likewise cos⁡(x)\cos(x) is independent of hh. It thus makes sense to view those constants as being outside the limit being taken, and also that the limit of a sum is the sum of the limits. Hence we write f′(x)=sin⁡(x)⋅lim⁡h→0(cos⁡(h)−1h)+cos⁡(x)⋅lim⁡h→0(sin⁡(h)h) .f'(x) = \sin(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\cos(h)-1}{h} \right) + \cos(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(h)}{h} \right)\,. (c) Using small positive and negative values of hh to estimate the desired limits, we find that it appears lim⁡h→0(cos⁡(h)−1h)=0\lim_{h \to 0} \left( \frac{\cos(h)-1}{h} \right) = 0 and lim⁡h→0(sin⁡(h)h)=1\lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(h)}{h} \right) = 1 It suffices in each case to consider hh-values of h=±0.01,±0.001,±0.0001h = \pm 0.01, \pm 0.001, \pm 0.0001. (d) Combining our results in (b) and (c), we have found that f′(x)=sin⁡(x)⋅lim⁡h→0(cos⁡(h)−1h)+cos⁡(x)⋅lim⁡h→0(sin⁡(h)h)=sin⁡(x)⋅0+cos⁡(x)⋅1=cos⁡(x) .f'(x) = \sin(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\cos(h)-1}{h} \right) + \cos(x) \cdot \lim_{h \to 0} \left( \frac{\sin(h)}{h} \right) = \sin(x) \cdot 0 + \cos(x) \cdot 1 = \cos(x)\,. (e) The argument for showing ddx[cos⁡(x)]=−sin⁡(x)\frac{d}{dx}[\cos(x)] = -\sin(x) is almost identical. Do note that the sum of two angles identity for cos⁡(α+β)\cos(\alpha + \beta) is cos⁡(α+β)=cos⁡(α)cos⁡(β)−sin⁡(α)sin⁡(β)\cos(\alpha + \beta) = \cos(\alpha) \cos(\beta) - \sin(\alpha) \sin(\beta).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 2.2절 · 5번
# 삼각함수의 미분증명·논술자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
70.Active Calculus · 2.4절 · 8번우리말 번역

수직으로 움직이는 물체의 시각 tt 에서의 높이(단위: 피트, 시간 단위: 초)가 함수 h(t)=3+2cos⁡(t)1.2th(t) = 3 + \frac{2\cos(t)}{1.2^t} 로 주어져 있습니다.

(a) t=2t =2 일 때 물체의 순간 속도는 얼마인지 구하세요. (b) 순간 t=2t = 2 에서 물체의 가속도는 얼마인지 구하세요. (c) 순간 t=2t = 2 에서 물체의 움직임을 일상적인 말로 설명하세요.

영어 원문 보기

An object moving vertically has its height at time tt (measured in feet, with time in seconds) given by the function h(t)=3+2cos⁡(t)1.2th(t) = 3 + \frac{2\cos(t)}{1.2^t}.

(a) What is the object's instantaneous velocity when t=2t =2? (b) What is the object's acceleration at the instant t=2t = 2? (c) Describe in everyday language the behavior of the object at the instant t=2t = 2.

정답·풀이 보기

(a) t=2t=2 에서 물체의 순간 속도는 h′(2)h'(2) 이다. h(t)=3+2cos⁡(t)1.2th(t) = 3 + \frac{2\cos(t)}{1.2^t} 이므로 몫의 미분법에 의해 다음을 얻는다. h′(t)=1.2t⋅(−2sin⁡(t))−2cos⁡(t)⋅1.2tln⁡(1.2)(1.2t)2=1.2t(−2sin⁡(t)−2cos⁡(t)ln⁡(1.2))(1.2t)2=−2sin⁡(t)−2cos⁡(t)ln⁡(1.2)1.2t .\begin{aligned}h'(t) &= \frac{1.2^t \cdot (-2\sin(t)) - 2\cos(t) \cdot 1.2^t \ln(1.2)}{(1.2^t)^2} \\ &= \frac{1.2^t (-2\sin(t) - 2\cos(t) \ln(1.2))}{(1.2^t)^2} \\ &= \frac{-2\sin(t) - 2\cos(t) \ln(1.2)}{1.2^t}\end{aligned}\,. 따라서 h′(2)=−2sin⁡(2)−2cos⁡(2)ln⁡(1.2)1.22≈−1.1575h'(2) = \frac{-2\sin(2) - 2\cos(2) \ln(1.2)}{1.2^2} \approx -1.1575 초당 피트가 t=2t=2 에서 물체의 순간(수직) 속도이다. (b) t=2t=2 에서 물체의 가속도를 구하려면 h′′(2)h''(2) 를 계산한다. 먼저 몫의 미분법에 의해 h′′(t)=1.2t(−2cos⁡(t)+2sin⁡(t)ln⁡(1.2))−(−2sin⁡(t)−2cos⁡(t)ln⁡(1.2))1.2tln⁡(1.2)(1.2t)2=−2cos⁡(t)+2sin⁡(t)ln⁡(1.2))+2sin⁡(t)ln⁡(1.2)+2cos⁡(t)ln⁡2(1.2)1.2t=cos⁡(t)(−2+2ln⁡2(1.2))+4ln⁡(1.2)sin⁡(t))1.2t .\begin{aligned}h''(t) &= \frac{1.2^t(-2\cos(t) + 2\sin(t) \ln(1.2)) - (-2\sin(t) - 2\cos(t) \ln(1.2))1.2^t \ln(1.2)}{(1.2^t)^2} \\ &= \frac{-2\cos(t) + 2\sin(t) \ln(1.2)) + 2\sin(t)\ln(1.2) + 2\cos(t) \ln^2(1.2)}{1.2^t} \\ &= \frac{\cos(t)(-2 + 2\ln^2(1.2)) + 4\ln(1.2)\sin(t))}{1.2^t}\end{aligned}\,. 그러므로 t=2t = 2 에서의 가속도는 h′′(2)=cos⁡(2)(−2+2ln⁡2(1.2))+4ln⁡(1.2)sin⁡(2))1.22≈1.0193h''(2) = \frac{\cos(2)(-2 + 2\ln^2(1.2)) + 4\ln(1.2)\sin(2))}{1.2^2} \approx 1.0193 초당 피트 매 초이다. (c) t=2t=2 에서 물체는 떨어지고 있으며 속력이 줄어들고 있다. 속도가 음수이므로 물체가 떨어지고 있음을 알 수 있고, (음수인) 속도가 증가하고 있으므로(h′′(2)h''(2) 가 양수이기 때문) 속도가 0에 가까워져 덜 음수가 되므로 속력이 줄어들고 있음을 알 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The object's instantaneous velocity at t=2t=2 is given by h′(2)h'(2). Since h(t)=3+2cos⁡(t)1.2th(t) = 3 + \frac{2\cos(t)}{1.2^t}, by the quotient rule we can determine that h′(t)=1.2t⋅(−2sin⁡(t))−2cos⁡(t)⋅1.2tln⁡(1.2)(1.2t)2=1.2t(−2sin⁡(t)−2cos⁡(t)ln⁡(1.2))(1.2t)2=−2sin⁡(t)−2cos⁡(t)ln⁡(1.2)1.2t .\begin{aligned}h'(t) &= \frac{1.2^t \cdot (-2\sin(t)) - 2\cos(t) \cdot 1.2^t \ln(1.2)}{(1.2^t)^2} \\ &= \frac{1.2^t (-2\sin(t) - 2\cos(t) \ln(1.2))}{(1.2^t)^2} \\ &= \frac{-2\sin(t) - 2\cos(t) \ln(1.2)}{1.2^t}\end{aligned}\,. Thus, h′(2)=−2sin⁡(2)−2cos⁡(2)ln⁡(1.2)1.22≈−1.1575h'(2) = \frac{-2\sin(2) - 2\cos(2) \ln(1.2)}{1.2^2} \approx -1.1575 feet per second is the instanateous (vertical) velocity of the object at t=2t=2. (b) To find the object's acceleration at t=2t=2, we compute h′′(2)h''(2). First, by the quotient rule, h′′(t)=1.2t(−2cos⁡(t)+2sin⁡(t)ln⁡(1.2))−(−2sin⁡(t)−2cos⁡(t)ln⁡(1.2))1.2tln⁡(1.2)(1.2t)2=−2cos⁡(t)+2sin⁡(t)ln⁡(1.2))+2sin⁡(t)ln⁡(1.2)+2cos⁡(t)ln⁡2(1.2)1.2t=cos⁡(t)(−2+2ln⁡2(1.2))+4ln⁡(1.2)sin⁡(t))1.2t .\begin{aligned}h''(t) &= \frac{1.2^t(-2\cos(t) + 2\sin(t) \ln(1.2)) - (-2\sin(t) - 2\cos(t) \ln(1.2))1.2^t \ln(1.2)}{(1.2^t)^2} \\ &= \frac{-2\cos(t) + 2\sin(t) \ln(1.2)) + 2\sin(t)\ln(1.2) + 2\cos(t) \ln^2(1.2)}{1.2^t} \\ &= \frac{\cos(t)(-2 + 2\ln^2(1.2)) + 4\ln(1.2)\sin(t))}{1.2^t}\end{aligned}\,. Therefore, the acceleration at t=2t = 2 is h′′(2)=cos⁡(2)(−2+2ln⁡2(1.2))+4ln⁡(1.2)sin⁡(2))1.22≈1.0193h''(2) = \frac{\cos(2)(-2 + 2\ln^2(1.2)) + 4\ln(1.2)\sin(2))}{1.2^2} \approx 1.0193 feet per second per second. (c) At t=2t=2, the object is falling and slowing down. We know the object is falling because its velocity is negative, and slowing down because its negative velocity is increasing (due to h′′(2)h''(2) being positive) and thus getting less negative.

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71.Active Calculus · 2.4절 · 9번우리말 번역

f(x)=sin⁡(x)cot⁡(x)f(x) = \sin(x) \cot(x) 라고 하자.

(a) 곱의 미분법을 이용하여 f′(x)f'(x) 를 구하세요. (b) 참 또는 거짓: 모든 실수 xx 에 대해 f(x)=cos⁡(x)f(x) = \cos(x) 이다. (c) (a)에서 구한 함수가 사인함수와 부호가 반대인 함수에 거의 가깝지만 완전히 같지는 않은 이유를 설명하세요. (힌트: (a)의 모든 삼각함수를 사인과 코사인으로 바꾸어 간단히 하세요. ff 의 정의역과 f′f' 의 정의역을 신중하게 생각하세요.)

영어 원문 보기

Let f(x)=sin⁡(x)cot⁡(x)f(x) = \sin(x) \cot(x).

(a) Use the product rule to find f′(x)f'(x). (b) True or false: for all real numbers xx, f(x)=cos⁡(x)f(x) = \cos(x). (c) Explain why the function that you found in (a) is almost the opposite of the sine function, but not quite. (Hint: convert all of the trigonometric functions in (a) to sines and cosines, and work to simplify. Think carefully about the domain of ff and the domain of f′f'.)

정답·풀이 보기

(a) f(x)=sin⁡(x)cot⁡(x)f(x) = \sin(x) \cot(x) 이므로 곱의 미분법에 의해 f′(x)=sin⁡(x)⋅(−csc⁡2(x))+cot⁡(x)⋅cos⁡(x)f'(x) = \sin(x) \cdot (-\csc^2(x)) + \cot(x) \cdot \cos(x) 이다. (b) 거짓이다. cot⁡(x)=cos⁡(x)sin⁡(x)\cot(x) = \frac{\cos(x)}{\sin(x)} 이므로 f(x)=sin⁡(x)⋅cos⁡(x)sin⁡(x)f(x) = \sin(x) \cdot \frac{\cos(x)}{\sin(x)} 로 쓸 수 있다. 여기서 분자와 분모의 sin⁡(x)\sin(x) 를 “약분”하고 싶어지기 쉽다. 그러나 분모에 sin⁡(x)\sin(x) 가 있으므로 ff 는 모든 정수 kk 에 대해 x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi 에서 정의되지 않는다. 다시 말해 ff 의 정의역은 π2\frac{\pi}{2} 의 홀수 배수를 제외한 모든 실수이다. 따라서 π2\frac{\pi}{2} 의 홀수 배수를 제외한 모든 실수에 대해서는 f(x)=cos⁡(x)f(x) = \cos(x) 라고 할 수 있다. 하지만 xx 의 모든 값에 대해 f(x)=cos⁡(x)f(x) = \cos(x) 인 것은 아니다. (c) (a)의 결과에서 csc⁡(x)\csc(x) 와 cot⁡(x)\cot(x) 를 사인함수와 코사인함수를 포함한 식으로 바꾸면 다음과 같다. f′(x)=sin⁡(x)⋅(−csc⁡2(x))+cot⁡(x)⋅cos⁡(x)=sin⁡(x)⋅(−1sin⁡2(x))+cos⁡(x)sin⁡(x)⋅cos⁡(x)\begin{aligned}f'(x) &= \sin(x) \cdot (-\csc^2(x)) + \cot(x) \cdot \cos(x) \\ &= \sin(x) \cdot \left(-\frac{1}{\sin^2(x)}\right) + \frac{\cos(x)}{\sin(x)} \cdot \cos(x)\end{aligned} 어떤 정수 kk 값에 대해 x≠π2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi 이면 다음이 성립한다. f′(x)=−1sin⁡(x)+cos⁡2(x)sin⁡(x)=cos⁡2(x)−1sin⁡(x) .f'(x) = -\frac{1}{\sin(x)} + \frac{\cos^2(x)}{\sin(x)} = \frac{\cos^2(x)-1}{\sin(x)}\,. 삼각함수의 기본 항등식에 의해 cos⁡2(x)+sin⁡2(x)=1\cos^2(x) + \sin^2(x) = 1 이므로 cos⁡2(x)−1=−sin⁡2(x)\cos^2(x)-1 = -\sin^2(x) 이다. 따라서 어떤 정수 kk 값에 대해 x≠π2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi 이면 f′(x)=−sin⁡2(x)sin⁡(x)=−sin⁡(x)f'(x) = \frac{-\sin^2(x)}{\sin(x)} = -\sin(x) 이다. 이 등식은 어떤 정수 kk 값에 대해 x≠π2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi 일 때만 성립한다. 그 이유는 그 xx 값들이 원래 함수 ff 의 정의역에 속하지 않기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since f(x)=sin⁡(x)cot⁡(x)f(x) = \sin(x) \cot(x), by the product rule we know that f′(x)=sin⁡(x)⋅(−csc⁡2(x))+cot⁡(x)⋅cos⁡(x)f'(x) = \sin(x) \cdot (-\csc^2(x)) + \cot(x) \cdot \cos(x). (b) False. Since cot⁡(x)=cos⁡(x)sin⁡(x)\cot(x) = \frac{\cos(x)}{\sin(x)}, we can write f(x)=sin⁡(x)⋅cos⁡(x)sin⁡(x)f(x) = \sin(x) \cdot \frac{\cos(x)}{\sin(x)}. From here, it is tempting to “cancel” the sin⁡(x)\sin(x) term in the numerator and denominator. However, note that because of the sin⁡(x)\sin(x) in the denominator, ff is not defined for x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi for any integer kk. In other words, the domain of ff is all real numbers except odd multiples of π2\frac{\pi}{2}. Thus, we can say that f(x)=cos⁡(x)f(x) = \cos(x) for all real numbers except odd multiples of π2\frac{\pi}{2}. But it is not the case that f(x)=cos⁡(x)f(x) = \cos(x) for every value of xx. (c) Taking our result from (a) and converting csc⁡(x)\csc(x) and cot⁡(x)\cot(x) to expressions involving the sine and cosine functions, we have f′(x)=sin⁡(x)⋅(−csc⁡2(x))+cot⁡(x)⋅cos⁡(x)=sin⁡(x)⋅(−1sin⁡2(x))+cos⁡(x)sin⁡(x)⋅cos⁡(x)\begin{aligned}f'(x) &= \sin(x) \cdot (-\csc^2(x)) + \cot(x) \cdot \cos(x) \\ &= \sin(x) \cdot \left(-\frac{1}{\sin^2(x)}\right) + \frac{\cos(x)}{\sin(x)} \cdot \cos(x)\end{aligned} Provided that x≠π2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi for some integer value of kk, it follows that f′(x)=−1sin⁡(x)+cos⁡2(x)sin⁡(x)=cos⁡2(x)−1sin⁡(x) .f'(x) = -\frac{1}{\sin(x)} + \frac{\cos^2(x)}{\sin(x)} = \frac{\cos^2(x)-1}{\sin(x)}\,. By the Fundamental Trigonometric Identity, recall that cos⁡2(x)+sin⁡2(x)=1\cos^2(x) + \sin^2(x) = 1, and thus cos⁡2(x)−1=−sin⁡2(x)\cos^2(x)-1 = -\sin^2(x). Hence, for x≠π2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi for some integer value of kk, we have f′(x)=−sin⁡2(x)sin⁡(x)=−sin⁡(x)f'(x) = \frac{-\sin^2(x)}{\sin(x)} = -\sin(x). Again, this equality holds only for x≠π2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi for some integer value of kk because those values of xx are not in the domain of the original function ff.

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72.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.

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