문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

합성함수의 미분법

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

Active Calculus · 2.5절 · 11번우리말 번역

기본 함수 f(x)=x3f(x) = x^3 과 g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x) 를 생각하세요.

(a) h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) 라 하자. x=π4x = \frac{\pi}{4} 인 점에서 hh 의 순간변화율의 정확한 값을 구하세요. (b) x=0.25x = 0.25 에서 h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) 와 r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x)) 중 어느 함수가 가장 빠르게 변하고 있나요? 그 이유는 무엇인가요? (c) h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)), r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x)) 라 하자. 이 두 함수 중 도함수가 주기적인 것은 어느 것인가요? 그 이유는 무엇인가요?

영어 원문 보기

Consider the basic functions f(x)=x3f(x) = x^3 and g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x).

(a) Let h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)). Find the exact instantaneous rate of change of hh at the point where x=π4x = \frac{\pi}{4}. (b) Which function is changing most rapidly at x=0.25x = 0.25: h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) or r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x))? Why? (c) Let h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) and r(x)=g(f(x))r(x) = g(f(x)). Which of these functions has a derivative that is periodic? Why?

정답·풀이 보기

(a) h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)) 이므로 연쇄 법칙에 의해 h′(x)=f′(g(x))⋅g′(x)h'(x) = f'(g(x)) \cdot g'(x) 이다. f(x)=x3f(x)=x^3, g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x) 이므로 f′(x)=3x2f'(x) = 3x^2, f′(g(x))=3sin⁡2(x)f'(g(x)) = 3\sin^2(x), g′(x)=cos⁡(x)g'(x) = \cos(x) 이다. 따라서 h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x) 이고, h′(π4)=3(12)2⋅12=322h'\left( \frac{\pi}{4} \right) = 3 \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{3}{2\sqrt{2}} 이다. (b) r′(x)=g′(f(x))⋅f′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = g'(f(x)) \cdot f'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2 임에 주목한다. 따라서 r′(0.25)=cos⁡(0.253)⋅3(0.25)2≈0.1875r'(0.25) = \cos(0.25^3) \cdot 3(0.25)^2 \approx 0.1875 이고, (a)의 결과를 이용하면 h′(0.25)=3sin⁡2(0.25)⋅cos⁡(0.25)≈0.1779h'(0.25) = 3\sin^2(0.25) \cdot \cos(0.25) \approx 0.1779 이다. 그러므로 ∣h′(0.25)<r′(0.25)∣|h'(0.25) < r'(0.25)| 이므로 rr 이 더 빠르게 변하고 있음을 알 수 있다. (c) (a)와 (b)에서 h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x), r′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2 임을 확인했다. h′(x)h'(x) 의 곱을 이루는 두 부분이 모두 주기함수이므로 h′(x)h'(x) 는 (주기 2π2\pi 로) 주기적이다. 그러나 xx 가 증가함에 따라 3x23x^2 은 한없이 커지므로 r′(x)r'(x) 는 주기적이지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since h(x)=f(g(x))h(x) = f(g(x)), by the chain rule we know that h′(x)=f′(g(x))⋅g′(x)h'(x) = f'(g(x)) \cdot g'(x). Using the facts that f(x)=x3f(x)=x^3 and g(x)=sin⁡(x)g(x) = \sin(x), it follows f′(x)=3x2f'(x) = 3x^2 and f′(g(x))=3sin⁡2(x)f'(g(x)) = 3\sin^2(x), and g′(x)=cos⁡(x)g'(x) = \cos(x). Therefore, h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x) and h′(π4)=3(12)2⋅12=322h'\left( \frac{\pi}{4} \right) = 3 \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{3}{2\sqrt{2}}. (b) Note that r′(x)=g′(f(x))⋅f′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = g'(f(x)) \cdot f'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2. Thus, we have r′(0.25)=cos⁡(0.253)⋅3(0.25)2≈0.1875r'(0.25) = \cos(0.25^3) \cdot 3(0.25)^2 \approx 0.1875, while using our work from (a), h′(0.25)=3sin⁡2(0.25)⋅cos⁡(0.25)≈0.1779h'(0.25) = 3\sin^2(0.25) \cdot \cos(0.25) \approx 0.1779, so since ∣h′(0.25)<r′(0.25)∣|h'(0.25) < r'(0.25)|, we see that rr is changing more rapidly. (c) We have observed in (a) and (b) that h′(x)=3sin⁡2(x)⋅cos⁡(x)h'(x) = 3\sin^2(x) \cdot \cos(x) and r′(x)=cos⁡(x3)⋅3x2r'(x) = \cos(x^3) \cdot 3x^2. Because both parts of the product in h′(x)h'(x) are periodic functions, h′(x)h'(x) is periodic (with period 2π2\pi). However, r′(x)r'(x) is not periodic, since 3x23x^2 grows without bound as xx increases.

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 3.6절 · 44번우리말 번역

[계산기 사용] 구의 부피를 구하는 공식은 S=43πr3S=\frac{4}{3}\pi {r}^{3} 이며, 여기서 rr (피트)은 구의 반지름입니다. 구 모양의 눈덩이가 햇볕에 녹고 있다고 합시다.

a. r=1(t+1)2−112r=\frac{1}{{(t+1)}^{2}}-\frac{1}{12} 이라 하고, 여기서 tt 는 분 단위의 시간입니다. 연쇄 법칙 dSdt=dSdr⋅drdt\frac{dS}{dt}=\frac{dS}{dr}\cdot \frac{dr}{dt} 를 이용하여 눈덩이가 녹는 비율을 구하세요. b. a를 이용하여 t=1t=1 분일 때 부피가 변하는 비율을 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

a. dSdt=−8πr2(t+1)3\frac{dS}{dt}=-\frac{8\pi {r}^{2}}{{(t+1)}^{3}} b. 부피는 −π36-\frac{\pi }{36} ft3/min 의 비율로 감소하고 있다.

이 문제로 이어서 풀기
# 합성함수의 미분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

「합성함수의 미분법」 문제 목록으로