문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

곱과 몫의 미분법

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

Active Calculus · 2.3절 · 13번우리말 번역

두 함수 r(t)=ttr(t) = t^t 와 s(t)=arccos⁡(t)s(t) = \arccos(t) 를 생각하세요. 이 두 함수에 대해 r′(t)=tt(ln⁡(t)+1)r'(t) = t^t(\ln(t) + 1) 이고 s′(t)=−11−t2s'(t) = -\frac{1}{\sqrt{1-t^2}} 임이 주어져 있습니다. 이 도함수 공식이 어디에서 나오는지는 신경 쓰지 않아도 됩니다. 두 함수 모두 정의역을 0<t<10 < t < 1 로 제한하여 생각합니다.

(a) w(t)=ttarccos⁡(t)w(t) = t^t \arccos(t) 라고 하자. w′(t)w'(t) 를 구하세요. (b) y=w(t)y = w(t) 위의 점 (12,w(12))(\frac{1}{2}, w(\frac{1}{2})) 에서의 접선의 방정식을 구하세요. (c) v(t)=ttarccos⁡(t)v(t) = \frac{t^t}{\arccos(t)} 라고 하자. t=12t = \frac{1}{2} 인 순간에 vv 는 증가하나요, 감소하나요? 그 이유는 무엇인가요?

영어 원문 보기

Consider the functions r(t)=ttr(t) = t^t and s(t)=arccos⁡(t)s(t) = \arccos(t), for which you are given the facts that r′(t)=tt(ln⁡(t)+1)r'(t) = t^t(\ln(t) + 1) and s′(t)=−11−t2s'(t) = -\frac{1}{\sqrt{1-t^2}}. Do not be concerned with where these derivative formulas come from. We restrict our interest in both functions to the domain 0<t<10 < t < 1.

(a) Let w(t)=ttarccos⁡(t)w(t) = t^t \arccos(t). Determine w′(t)w'(t). (b) Find an equation for the tangent line to y=w(t)y = w(t) at the point (12,w(12))(\frac{1}{2}, w(\frac{1}{2})). (c) Let v(t)=ttarccos⁡(t)v(t) = \frac{t^t}{\arccos(t)}. Is vv increasing or decreasing at the instant t=12t = \frac{1}{2}? Why?

정답·풀이 보기

(a) 곱의 미분법과 주어진 정보를 이용하면, w′(t)=ddt(tt)⋅(arccos⁡t)+tt⋅ddt(arccos⁡t)=tt(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡t)+tt⋅−11−t2\begin{aligned}w'(t) &= \frac{d}{dt}\left(t^t\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{d}{dt}\left(\arccos t\right) \\ &= t^t\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-t^2}}\end{aligned} 이다. (b) 국소선형근사 공식을 이용하면 L(t)=w(12)+w′(12)(t−12)L(t) = w\left(\frac{1}{2}\right) + w'\left(\frac{1}{2}\right) \left(t-\frac{1}{2}\right) 이다. ww 와 w′w' 의 식에 t=12t=\frac{1}{2} 을 대입하고 계산 도구를 사용하면 w(2)=(12)(12)arccos⁡(12)≈0.740w(2) = \left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\arccos\left(\frac{1}{2}\right) \approx 0.740 이고 w′(2)=[(12)(12)(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡(12))+(12)(12)⋅−11−(12)2]≈−0.589 w'(2) = \left[\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos \left(\frac{1}{2}\right)\right)+\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-\left(\frac{1}{2}\right)^2}}\right] \approx -0.589\, 이다. 따라서 L(t)≈0.740−0.589(t−0.5)L(t) \approx 0.740-0.589(t-0.5) 이다. (c) 몫의 미분법을 이용하면 v′(t)=frac(t)t(ln⁡(t)+1)(arccos⁡(t))−(t)t⋅(−11−(t)2)arccos⁡2(t) v'(t) = frac{(t)^{t}\left(\ln(t)+1\right)\left(\arccos(t)\right)-(t)^{t}\cdot\left(\frac{-1}{\sqrt{1-(t)^2}}\right)}{\arccos^2(t)}\, 이다. 계산 도구를 사용하여 v′(2)v'(2) 의 값을 구하면 v′(2)≈0.952v'(2) \approx 0.952 이다. 이 값이 양수이므로 t=12t=\frac{1}{2} 에서 vv 의 순간변화율은 양수이고, 이는 그 순간에 vv 가 증가함을 뜻한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the Product Rule and the information given, w′(t)=ddt(tt)⋅(arccos⁡t)+tt⋅ddt(arccos⁡t)=tt(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡t)+tt⋅−11−t2\begin{aligned}w'(t) &= \frac{d}{dt}\left(t^t\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{d}{dt}\left(\arccos t\right) \\ &= t^t\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos t\right)+t^t\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-t^2}}\end{aligned} (b) Using the local linearization formula, we have L(t)=w(12)+w′(12)(t−12)L(t) = w\left(\frac{1}{2}\right) + w'\left(\frac{1}{2}\right) \left(t-\frac{1}{2}\right). Substituting t=12t=\frac{1}{2} into the formulas for ww and w′w' and using a computational device gives w(2)=(12)(12)arccos⁡(12)≈0.740w(2) = \left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\arccos\left(\frac{1}{2}\right) \approx 0.740 and w′(2)=[(12)(12)(ln⁡t+1)⋅(arccos⁡(12))+(12)(12)⋅−11−(12)2]≈−0.589 .w'(2) = \left[\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\left(\ln t+1\right)\cdot\left(\arccos \left(\frac{1}{2}\right)\right)+\left(\frac{1}{2}\right)^{\left(\frac{1}{2}\right)}\cdot\frac{-1}{\sqrt{1-\left(\frac{1}{2}\right)^2}}\right] \approx -0.589\,. Thus, L(t)≈0.740−0.589(t−0.5)L(t) \approx 0.740-0.589(t-0.5). (c) Using the Quotient Rule, v′(t)=frac(t)t(ln⁡(t)+1)(arccos⁡(t))−(t)t⋅(−11−(t)2)arccos⁡2(t) .v'(t) = frac{(t)^{t}\left(\ln(t)+1\right)\left(\arccos(t)\right)-(t)^{t}\cdot\left(\frac{-1}{\sqrt{1-(t)^2}}\right)}{\arccos^2(t)}\,. Using a computational device to evaluate v′(2)v'(2), it follows v′(2)≈0.952v'(2) \approx 0.952. Since this number is positive, the instantaneous rate of change of vv at t=12t=\frac{1}{2} is positive, which means that vv is increasing at that instant.

한 번 더 — 비슷한 문제Active Calculus · 2.3절 · 11번우리말 번역

ff 와 gg 를 미분가능한 함수라 하고, 다음 정보가 알려져 있다고 하자: f(2)=5f(2) = 5, g(2)=−3g(2) = -3, f′(2)=−1/2f'(2) = -1/2, g′(2)=2g'(2) = 2.

(a) h(x)=g(x)⋅f(x)h(x) = g(x) \cdot f(x) 로 정의된 새로운 함수를 hh 라 하자. h(2)h(2) 와 h′(2)h'(2) 를 구하세요. (b) 점 (2,h(2))(2,h(2)) 에서 y=h(x)y = h(x) 의 접선의 방정식을 구하세요. (단, hh 는 (a)에서 정의한 함수입니다.) (c) r(x)=g(x)f(x)r(x) = \frac{g(x)}{f(x)} 로 정의된 함수를 rr 라 하자. a=2a = 2 에서 rr 는 증가하나요, 감소하나요, 아니면 둘 다 아닌가요? 그 이유는 무엇인가요? (d) 점 (2,r(2))(2,r(2)) 에서 rr 의 국소선형근사를 이용하여 r(2.06)r(2.06) 의 값을 어림하세요. (단, rr 는 (c)에서 정의한 함수입니다.)

다 풀었으면 정답 확인

(a) h(x)=g(x)⋅f(x)h(x) = g(x) \cdot f(x) 이므로 h(2)=g(2)⋅f(2)=(5)⋅(−3)=−15h(2) = g(2) \cdot f(2) = (5) \cdot (-3) = -15 이다. 또한 곱의 미분법에 의해 h′(x)=g(x)⋅f′(x)+f(x)⋅g′(x)h'(x) = g(x) \cdot f'(x) + f(x) \cdot g'(x) 이다. 주어진 함숫값과 미분계수를 이용하면 h′(2)=g(2)⋅f′(2)+f(2)⋅g′(2)=(−3)(−1/2)+(5)(2)=23/2h'(2) = g(2) \cdot f'(2) + f(2) \cdot g'(2) = (-3)(-1/2) + (5)(2) = 23/2 이다. (b) a=2a=2 에서 hh 의 접선은 L(x)=h(2)+h′(2)(x−2)L(x) = h(2) + h'(2)(x-2) 이므로, (a)의 결과를 이용하면 L(x)=−15+23/2(x−2)L(x) = -15 + 23/2(x-2) 이다. (c) r(x)=g(x)f(x)r(x) = \frac{g(x)}{f(x)} 이고 몫의 미분법에 의해 r′(x)=f(x)⋅g′(x)−g(x)⋅f′(x)(f(x))2r'(x) = \frac{f(x) \cdot g'(x) - g(x) \cdot f'(x)}{(f(x))^2} 이므로 r′(2)=f(2)⋅g′(2)−g(2)⋅f′(2)(f(2))2r'(2) = \frac{f(2) \cdot g'(2) - g(2) \cdot f'(2)}{(f(2))^2} 이다. 주어진 함숫값과 미분계수를 이용하면 r′(2)=(5)(2)−(−3)(−1/2)(5)2=17/225=1750r'(2) = \frac{(5)(2) - (-3)(-1/2)}{(5)^2} = \frac{17/2}{25} = \frac{17}{50} 이다. 따라서 r′(2)>0r'(2) > 0 이므로 rr 는 a=2a = 2 에서 증가한다. (d) a=2a=2 에서 rr 의 국소선형근사는 L(x)=r(2)+r′(2)(x−2)=−35+1750(x−2)L(x) = r(2) + r'(2)(x-2) = -\frac{3}{5} + \frac{17}{50}(x-2) 이므로 r(2.06)≈L(2.06)=−35+1750(2.06−2)=−0.5796r(2.06) \approx L(2.06) = -\frac{3}{5} + \frac{17}{50}(2.06-2) = -0.5796 이다.

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