문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분

도함수의 뜻

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Active Calculus · 1.4절 · 11번우리말 번역

함수 g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3 을 생각하세요.

(a) 도함수의 극한 정의를 이용하여 g′(x)g'(x) 의 식을 구하세요. (b) 그래픽 도구를 이용하여 y=g(x)y = g(x) 와 구한 y=g′(x)y = g'(x) 의 그래프를 함께 그리세요. 구한 g′(x)g'(x) 의 식이 예상한 그래프를 만들어 내나요? (c) 도함수의 극한 정의를 이용하여 p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12 일 때 p′(x)p'(x) 의 식을 구하세요. (d) 구한 g′(x)g'(x) 와 p′(x)p'(x) 의 식을 비교하고 차이점을 설명하세요. 상수 5, 4, 12, 3 은 결과에 어떤 영향을 주나요?

영어 원문 보기

Consider the function g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3.

(a) Use the limit definition of the derivative to determine a formula for g′(x)g'(x). (b) Use a graphing utility to plot both y=g(x)y = g(x) and your result for y=g′(x)y = g'(x); does your formula for g′(x)g'(x) generate the graph you expected? (c) Use the limit definition of the derivative to find a formula for p′(x)p'(x) where p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12. (d) Compare and contrast the formulas for g′(x)g'(x) and p′(x)p'(x) you have found. How do the constants 5, 4, 12, and 3 affect the results?

정답·풀이 보기

(a) 정의에 의하여 g′(x)=lim⁡h→0g(x+h)−g(x)h=lim⁡h→0(x+h)2−(x+h)+3−(x2−x+3)h=lim⁡h→0x2+2xh+h2−x−h+3−x2+x−3h=lim⁡h→02xh+h2−hh=lim⁡h→0h(2x+h−1)h=lim⁡h→0(2x+h−1)=2x−1 .\begin{aligned}g'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{g(x+h)-g(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{(x+h)^2 - (x+h) + 3 - (x^2 - x + 3)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{x^2 + 2xh + h^2 - x-h + 3 - x^2 + x - 3}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{2xh + h^2 - h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(2x + h - 1)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (2x + h - 1) \\ &= 2x - 1\end{aligned}\,. (b) 원래의 이차함수 g(x) = x 2 - x + 3 과 그 도함수 g&#39;(x) = 2x - 1 의 그래프이다. 그래프에서 g&#39;(x) 가 x축과 만나는 위치는 g(x) 가 수평 위 그림에는 gg 와 g′g' 의 그래프가 함께 그려져 있다. 점 (0.5,2.75)(0.5, 2.75) 는 이차함수 gg 의 꼭짓점이고, 이 점에서 g(x)g(x) 의 접선의 기울기는 0 이다. 이는 y=g′(x)y=g'(x) 가 xx축과 만나는 점 (0.5,0)(0.5, 0) 과 일치한다. 또한 x<0.5x < 0.5 일 때 g′(x)g'(x) 는 음수인데, 이는 gg 가 감소하고 접선의 기울기가 음수인 구간에 해당한다. 마찬가지로 x>0.5x > 0.5 일 때 g′g' 의 값은 양수이며, 이는 원래 함수 gg 에서 볼 수 있는 기울기의 값과 일치한다. (c) 정의에 의하여 p′(x)=lim⁡h→0p(x+h)−p(x)h=lim⁡h→05(x+h)2−4(x+h)+12−(5x2−4x+12)h=lim⁡h→05x2+10xh+5h2−4x−4h+12−5x2+4x−12h=lim⁡h→010xh+5h2−4hh=lim⁡h→0h(10x+5h−4)h=lim⁡h→0(10x+5h−4)=10x−4 .\begin{aligned}p'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{p(x+h)-p(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5(x+h)^2 - 4(x+h) + 12 - (5x^2 - 4x + 12)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5x^2 + 10xh + 5h^2 - 4x-4h + 12 - 5x^2 + 4x - 12}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{10xh + 5h^2 - 4h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(10x + 5h - 4)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (10x + 5h - 4) \\ &= 10x - 4\end{aligned}\,. (d) g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3 에 대하여 g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1 임을 구하였다. p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12 에 대하여 p′(x)=10x−4p'(x) = 10x - 4 임을 구하였다. 상수 33 과 1212 는 결과에 전혀 영향을 주지 않는 것으로 보이는데, 이 수들은 gg 와 pp 의 그래프를 세로 방향으로 평행이동할 뿐 기울기는 전혀 바꾸지 않으므로 타당하다. p(x)p(x) 의 일차항의 계수 −4-4 는 p′(x)=10x−4p'(x)= 10x - 4 에서 “−4-4”로 나타나는 것으로 보인다. 이 또한, 일차함수 L(x)=−4xL(x) = -4x 만 생각하면 기울기가 어디서나 −4-4 라는 사실에 비추어 타당하다. 이는 g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3 의 일차항의 계수 −1-1 이 g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1 에서 상수 −1-1 로 나타나는 것과 대비된다. 마지막으로, (x)=5x2−4x+12(x) = 5x^2 - 4x + 12 의 최고차항의 계수 55 는 p′(x)=10x−4p'(x) = 10x -4 에서 계수 “1010”이 되게 한다. 이는 y=5x2y = 5x^2 만 생각하면 55 때문에 그래프가 y=x2y = x^2 의 그래프보다 55배 가파르게 되어 도함수에도 그만큼 비례하여 영향을 주기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) By definition, g′(x)=lim⁡h→0g(x+h)−g(x)h=lim⁡h→0(x+h)2−(x+h)+3−(x2−x+3)h=lim⁡h→0x2+2xh+h2−x−h+3−x2+x−3h=lim⁡h→02xh+h2−hh=lim⁡h→0h(2x+h−1)h=lim⁡h→0(2x+h−1)=2x−1 .\begin{aligned}g'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{g(x+h)-g(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{(x+h)^2 - (x+h) + 3 - (x^2 - x + 3)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{x^2 + 2xh + h^2 - x-h + 3 - x^2 + x - 3}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{2xh + h^2 - h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(2x + h - 1)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (2x + h - 1) \\ &= 2x - 1\end{aligned}\,. (b) A plot of the original quadratic function g(x) = x 2 - x + 3 along with its derivative, g&#39;(x) = 2x - 1. In the graph, we notice how g&#39;(x) crosses the x-axis at the same location where g(x) has a horiz In the above figure, we see plots of both gg and g′g'. We observe that the point (0.5,2.75)(0.5, 2.75) is the vertex of the quadratic function gg, and at this point the slope of the tangent line to g(x)g(x) is zero. This aligns with the point (0.5,0)(0.5, 0) where y=g′(x)y=g'(x) crosses the xx-axis. In addition, we note that g′(x)g'(x) is negative for x<0.5x < 0.5, which corresponds to where gg is decreasing and has tangent lines with slopes that are negative. Similarly, the values of g′g' are positive for x>0.5x > 0.5, which align with the values of slopes we see on the original function gg. (c) By definition, p′(x)=lim⁡h→0p(x+h)−p(x)h=lim⁡h→05(x+h)2−4(x+h)+12−(5x2−4x+12)h=lim⁡h→05x2+10xh+5h2−4x−4h+12−5x2+4x−12h=lim⁡h→010xh+5h2−4hh=lim⁡h→0h(10x+5h−4)h=lim⁡h→0(10x+5h−4)=10x−4 .\begin{aligned}p'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{p(x+h)-p(x)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5(x+h)^2 - 4(x+h) + 12 - (5x^2 - 4x + 12)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{5x^2 + 10xh + 5h^2 - 4x-4h + 12 - 5x^2 + 4x - 12}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{10xh + 5h^2 - 4h}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} \frac{h(10x + 5h - 4)}{h} \\ &= \lim_{h \to 0} (10x + 5h - 4) \\ &= 10x - 4\end{aligned}\,. (d) For g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3, we found that g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1. For p(x)=5x2−4x+12p(x) = 5x^2 - 4x + 12, we determined that p′(x)=10x−4p'(x) = 10x - 4. The constants 33 and 1212 don't seem to affect the results at all, and that makes sense because those numbers only serve to shift the graphs of gg and pp vertically, which does nothing to change the slope. The coefficient −4-4 on the linear term in p(x)p(x) appears to make the “−4-4” appear in p′(x)=10x−4p'(x)= 10x - 4. That, too, makes sense in light of the fact that if we considered only the linear function L(x)=−4xL(x) = -4x, the slope would everywhere be −4-4, in contrast to the coefficent −1-1 found on the linear term in g(x)=x2−x+3g(x) = x^2 - x + 3, which leads to the constant −1-1 in g′(x)=2x−1g'(x) = 2x - 1. Finally, the leading coefficient 55 in (x)=5x2−4x+12(x) = 5x^2 - 4x + 12 leads to the coefficient of “1010” in p′(x)=10x−4p'(x) = 10x -4. This makes sense because if we considered only y=5x2y = 5x^2, the 55 would make the graph 55 times as steep as the graph of y=x2y = x^2, and thus it affects the derivative proportionately.

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 3.2절 · 38번우리말 번역

C(x)C(x) 는 놀이공원에서 고객 xx 명이 매점에 사용한 총금액(단위: 천 달러)을 나타낸다.

다 풀었으면 정답 확인

a. 고객 한 명당 매점에 사용한 금액의 평균 변화율(단위: 고객 한 명당 천 달러). b. 고객 xx 명이 매점에 돈을 사용하는 변화율(단위: 고객 한 명당 천 달러).

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