문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분

극대와 극소

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

Active Calculus · 3.3절 · 13번우리말 번역

함수 pp 의 이계도함수가 p′′(x)=(x+1)(x−2)e−xp''(x) = (x+1)(x-2)e^{-x} 이라고 하자.

(a) pp 의 이계도함수 부호표를 만들고, pp 의 모든 변곡점을 구하세요. (b) x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2} 가 pp 의 임계점임을 추가로 안다고 하자. x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2} 에서 pp 는 극솟값, 극댓값, 또는 둘 다 아닌 값 중 어느 것을 가지는지 판단하세요. 그 이유는 무엇인지 설명하세요. (c) 점 (2,12e2)(2, \frac{12}{e^2}) 이 y=p(x)y = p(x) 의 그래프 위에 있고 p′(2)=−5e2p'(2) = -\frac{5}{e^2} 일 때, x=2x = 2 인 점에서 y=p(x)y = p(x) 의 접선의 방정식을 구하세요. 이 값에서 접선은 곡선의 위쪽에 있는지, 아래쪽에 있는지, 아니면 어느 쪽도 아닌지 판단하세요. 그 이유는 무엇인지 설명하세요.

영어 원문 보기

Let pp be a function whose second derivative is p′′(x)=(x+1)(x−2)e−xp''(x) = (x+1)(x-2)e^{-x}.

(a) Construct a second derivative sign chart for pp and determine all inflection points of pp. (b) Suppose you also know that x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2} is a critical number of pp. Does pp have a local minimum, local maximum, or neither at x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2}? Why? (c) If the point (2,12e2)(2, \frac{12}{e^2}) lies on the graph of y=p(x)y = p(x) and p′(2)=−5e2p'(2) = -\frac{5}{e^2}, find the equation of the tangent line to y=p(x)y = p(x) at the point where x=2x = 2. Does the tangent line lie above the curve, below the curve, or neither at this value? Why?

정답·풀이 보기

(a) p′′(x)=0p''(x)=0 이 되는 것은 x=−1x=-1 과 x=2x=2 일 때이다. pp 의 이계도함수 부호표를 보면 −1<x<2-1 < x < 2 일 때 p′′(x)p''(x) 는 음수이고, xx 의 그 밖의 모든 값에서는 양수이다. p′′p'' 의 부호가 x=−1x = -1 과 x=2x = 2 에서 바뀌므로 pp 는 x=−1x = -1 과 x=2x = 2 에서 변곡점을 가진다. 특히 pp 는 −1<x<2-1 < x < 2 에서 위로 볼록이고, xx 의 그 밖의 모든 값에서는 아래로 볼록이다. (b) p′′(5−12)p''\left(\frac{\sqrt{5}-1}{2} \right) 를 계산하면 p′′(5−12)≈−1.205p''\left(\frac{\sqrt{5}-1}{2} \right) \approx -1.205 이므로, pp 는 x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2} 에서 위로 볼록이다. 이 점에서 pp 의 접선이 수평이므로, 이계도함수 판정법에 의해 pp 는 x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2} 에서 극댓값을 가진다. (c) p(2)=12e2p(2) = \frac{12}{e^2} 이고 p′(2)=−5e2p'(2) = -\frac{5}{e^2} 이므로, x=2x = 2 에서 pp 의 접선의 방정식은 y=−5e2(x−2)+12e2y = -\frac{5}{e^2}(x-2) + \frac{12}{e^2} 이다. x=2x = 2 에서 접선이 y=p(x)y=p(x) 의 그래프의 위쪽에 있는지 아래쪽에 있는지 판단하기 위해 pp 의 오목·볼록을 살펴본다. p′′(2)=0p''(2) = 0 이고 pp 는 x=2x = 2 의 왼쪽에서 위로 볼록, 오른쪽에서 아래로 볼록임을 상기하자. 따라서 접선은 x=2x = 2 에서 y=p(x)y = p(x) 의 그래프 아래쪽에만 있거나 위쪽에만 있지 않으며, x=2x = 2 의 오른쪽에서는 y=p(x)y = p(x) 의 아래쪽에, x=2x = 2 의 왼쪽에서는 y=p(x)y = p(x) 의 위쪽에 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Note that p′′(x)=0p''(x)=0 at x=−1x=-1 and x=2x=2. The second derivative sign chart for pp shows that p′′(x)p''(x) is negative for −1<x<2-1 < x < 2 and positive for all other values of xx. Since p′′p'' changes sign at x=−1x = -1 and x=2x = 2, pp has points of inflection at x=−1x = -1 and x=2x = 2. In particular, pp is concave down for −1<x<2-1 < x < 2 and concave up for all other values of xx. (b) If we compute p′′(5−12)p''\left(\frac{\sqrt{5}-1}{2} \right), we find that p′′(5−12)≈−1.205p''\left(\frac{\sqrt{5}-1}{2} \right) \approx -1.205, which means that pp is concave down at x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2}. Since pp has a horizontal tangent line at this point, it follows that pp has a local maximum at x=5−12x = \frac{\sqrt{5}-1}{2} by the second derivative test. (c) Since p(2)=12e2p(2) = \frac{12}{e^2} and p′(2)=−5e2p'(2) = -\frac{5}{e^2}, the equation of the tangent line to pp at x=2x = 2 is given by y=−5e2(x−2)+12e2y = -\frac{5}{e^2}(x-2) + \frac{12}{e^2}. To determine whether the tangent line lies above or below the graph of y=p(x)y=p(x) at x=2x = 2, we consider the concavity of pp. Recall we know that p′′(2)=0p''(2) = 0 and that pp is concave down to the left of x=2x = 2 and concave up to the right. Thus, the tangent line lies neither solely below nor solely above the graph of y=p(x)y = p(x) at x=2x = 2; it lies below y=p(x)y = p(x) to the right of x=2x = 2 and above y=p(x)y = p(x) to the left of x=2x = 2.

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 4.3절 · 50번우리말 번역

다음 함수에 대해, 계산기를 사용하여 함수의 그래프를 그리고 최댓값과 최솟값, 극댓값과 극솟값을 어림하세요. 그런 다음 이들을 직접 구하세요.

[계산기 사용] y=4−x24+x2y=\frac{\sqrt{4-{x}^{2}}}{\sqrt{4+{x}^{2}}}

다 풀었으면 정답 확인

최댓값: x=0,x=0, y=1y=1; 최솟값: x=−2,2,x=-2,2, y=0y=0

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