문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

삼각함수의 미분

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

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 문제OpenStax 1권 · 3.5절 · 7번우리말 번역

다음 연습문제에서 주어진 함수에 대해 dydx\frac{dy}{dx} 를 구하세요.

y=(x+cos⁡x)(1−sin⁡x)y=(x+\cos x)(1-\sin x)

다 풀었으면 정답 확인

dydx=(1−sin⁡x)(1−sin⁡x)−cos⁡x(x+cos⁡x)\frac{dy}{dx}=(1-\sin x)(1-\sin x)-\cos x(x+\cos x)

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