함수 가 인 모든 의 값에서 연속이고, 그 1계 도함수가 라고 하자. 또한 가 에서 수직 점근선을 갖는 것으로 알려져 있다고 가정하자.
(a) 의 모든 임계수를 구하세요. (b) 1계 도함수의 부호표를 정확히 표기하여 만들고, 각 임계수에서 가 극댓값을 갖는지, 극솟값을 갖는지, 아니면 둘 다 갖지 않는지 판단하세요. 참고: 는 의 수직 점근선에서 부호가 바뀔 수 있음에 유의하세요. (c) 는 최댓값을 갖나요? 최솟값을 갖나요? 그 근거를 설명하세요. (d) 의 값은 얼마인가요? 이 극한값은 의 장기적인 변화 양상에 대해 무엇을 말해 주나요? (e) 의 가능한 그래프를 그리세요.
영어 원문 보기
Suppose that is a function continuous for every value of whose first derivative is . Further, assume that it is known that has a vertical asymptote at .
(a) Determine all critical numbers of . (b) By developing a carefully labeled first derivative sign chart, decide whether has as a local maximum, local minimum, or neither at each critical number. Note: observe that can change sign at the vertical asymptote of . (c) Does have a global maximum? global minimum? Justify your claims. (d) What is the value of ? What does the value of this limit tell you about the long-term behavior of ? (e) Sketch a possible graph of .
정답·풀이 보기
(a) 이므로 이면 또는 임을 알 수 있다. 는 을 정의되지 않게 하지만, 가 에서 수직 점근선을 갖는다고 하였으므로 는 의 정의역에 속하지 않고, 따라서 엄밀히 말해 의 임계수가 아니다. 그럼에도 수직 점근선은 의 부호가 바뀔 수 있는 위치이므로, 1계 도함수의 부호표에는 를 표시한다.
(b) 1계 도함수의 부호표는 일 때 , 일 때 , 일 때 , 일 때 임을 보여 준다. 1계 도함수 판정법에 의해 는 에서 극댓값을 갖고, 에서는 극댓값도 극솟값도 갖지 않는다. 이 두 값이 유일한 임계수이므로, 극값이 가능한 위치는 이 두 곳뿐이다. (참고: 가 에서 감소에서 증가로 바뀌지만, 이는 수직 점근선 때문이며 는 그곳에서 극솟값을 갖지 않는다.)
(c) 는 일 때 (이곳에서 는 수직 점근선을 갖는다) 감소하므로 는 최솟값을 갖지 않는다. 에서 는 항상 증가하므로 가 최댓값을 갖지 않을 것으로 짐작된다. (다만 가 한없이 증가하는지는 확실히 알지 못한다.)
(d) 다음을 관찰하자.
일 때 이므로, 이는 일 때 가 한없이 증가함을 말해 준다.
(e) 위의 모든 풀이로부터 는 에서 극댓값을 갖고, 에서는 극댓값도 극솟값도 갖지 않으면서 수평인 접선을 가지며, 에서 수직 점근선을 갖고, 또한 일 때 와 이 모두 한없이 증가함을 알 수 있다. 따라서 의 가능한 그래프는 다음과 같다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Since , we see that implies that or . While makes undefined, we are told that has a vertical asymptote at , so is not in the domain of , and hence is technically not a critical number of . Nonetheless, we place on our first derivative sign chart since the vertical asymptote is a location at which may change sign.
(b) The first derivative sign chart shows that for , for , for , and for . By the first derivative test, has a local maximum at and neither a max nor min at . As these are the only two critical numbers, these are the only two locations for possible extremes. (Note: although changes from decreasing to increasing at , this is due to a vertical asymptote, and does not have a minimum there.)
(c) Because is decreasing as (where has a vertical asymptote), does not have a global minimum. For , is always increasing, which suggests that does not have a global maximum (though we do not know for sure that increases without bound).
(d) We observe that
Since as , this tells us that increases without bound as .
(e) From all of our work above, we know that has a local maximum at , a horizontal tangent line with neither a max nor min at , and a vertical asymptote at , plus and both increase without bound as . Thus, a possible graph of is the following.
한 번 더 — 비슷한 문제Active Calculus · 3.3절 · 13번우리말 번역
함수 의 이계도함수가 이라고 하자.
(a) 의 이계도함수 부호표를 만들고, 의 모든 변곡점을 구하세요. (b) 가 의 임계점임을 추가로 안다고 하자. 에서 는 극솟값, 극댓값, 또는 둘 다 아닌 값 중 어느 것을 가지는지 판단하세요. 그 이유는 무엇인지 설명하세요. (c) 점 이 의 그래프 위에 있고 일 때, 인 점에서 의 접선의 방정식을 구하세요. 이 값에서 접선은 곡선의 위쪽에 있는지, 아래쪽에 있는지, 아니면 어느 쪽도 아닌지 판단하세요. 그 이유는 무엇인지 설명하세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a) 이 되는 것은 과 일 때이다. 의 이계도함수 부호표를 보면 일 때 는 음수이고, 의 그 밖의 모든 값에서는 양수이다. 의 부호가 과 에서 바뀌므로 는 과 에서 변곡점을 가진다. 특히 는 에서 위로 볼록이고, 의 그 밖의 모든 값에서는 아래로 볼록이다. (b) 를 계산하면 이므로, 는 에서 위로 볼록이다. 이 점에서 의 접선이 수평이므로, 이계도함수 판정법에 의해 는 에서 극댓값을 가진다. (c) 이고 이므로, 에서 의 접선의 방정식은 이다. 에서 접선이 의 그래프의 위쪽에 있는지 아래쪽에 있는지 판단하기 위해 의 오목·볼록을 살펴본다. 이고 는 의 왼쪽에서 위로 볼록, 오른쪽에서 아래로 볼록임을 상기하자. 따라서 접선은 에서 의 그래프 아래쪽에만 있거나 위쪽에만 있지 않으며, 의 오른쪽에서는 의 아래쪽에, 의 왼쪽에서는 의 위쪽에 있다.