문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분

함수의 그래프 그리기

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

Active Calculus · 3.4절 · 8번우리말 번역

E(x)=e−(x−m)22s2E(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} 이라 하세요. 여기서 mm 은 임의의 실수이고 ss 는 양의 실수입니다.

(a) E′(x)E'(x) 를 구하고, 이를 이용하여 EE 의 모든 임계수를 구하세요. (b) EE 에 대한 1계 도함수의 부호표를 만들고, 함수의 각 임계수가 극솟값, 극댓값, 또는 둘 다 아닌 것 중 어느 것인지 분류하세요. (c) E′′(x)E''(x) 는 다음 식으로 주어짐을 보일 수 있습니다. E′′(x)=e−(x−m)22s2((x−m)2−s2s4) .E''(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} \left(\frac{(x-m)^2 - s^2}{s^4} \right)\,. E′′(x)=0E''(x) = 0 인 xx 의 값을 모두 구하세요. (d) lim⁡x→∞E(x)\lim_{x \to \infty} E(x) 와 lim⁡x→−∞E(x)\lim_{x \to -\infty} E(x) 를 구하세요. (e) y=E(x)y = E(x) 의 그래프 위의 중요한 점들이 mm 과 ss 에 어떻게 의존하는지 분명하게 보이도록, 일반적인 함수 EE 의 그래프를 이름을 붙여 그리세요.

영어 원문 보기

Let E(x)=e−(x−m)22s2E(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}}, where mm is any real number and ss is a positive real number.

(a) Compute E′(x)E'(x) and hence find all critical numbers of EE. (b) Construct a first derivative sign chart for EE and classify each critical number of the function as a local minimum, local maximum, or neither. (c) It can be shown that E′′(x)E''(x) is given by the formula E′′(x)=e−(x−m)22s2((x−m)2−s2s4) .E''(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} \left(\frac{(x-m)^2 - s^2}{s^4} \right)\,. Find all values of xx for which E′′(x)=0E''(x) = 0. (d) Determine lim⁡x→∞E(x)\lim_{x \to \infty} E(x) and lim⁡x→−∞E(x)\lim_{x \to -\infty} E(x). (e) Construct a labeled graph of a typical function EE that clearly shows how important points on the graph of y=E(x)y = E(x) depend on mm and ss.

정답·풀이 보기

(a) mm 과 ss 를 상수로 보고 연쇄 법칙을 적용하면, E′(x)=e−(x−m)22s2⋅ddx[−(x−m)22s2]=e−(x−m)22s2⋅[−2(x−m)2s2]E'(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} \cdot \frac{d}{dx}\left[ -\frac{(x-m)^2}{2s^2} \right] = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} \cdot \left[ -\frac{2(x-m)}{2s^2} \right] E′(x)E'(x) 는 모든 xx 의 값에서 정의되므로, 임계수는 E′(x)=0E'(x) = 0 인 곳에서만 나타난다. ee 의 거듭제곱은 결코 0이 되지 않으므로, E′(x)=0E'(x) = 0 이 되는 방법은 [−2(x−m)2s2]=0\left[ -\frac{2(x-m)}{2s^2} \right] = 0 인 경우뿐이고, 이로부터 x=mx = m 이다. 따라서 x=mx = m 이 EE 의 유일한 임계수이다. (b) (a)에서 보았듯이 x=mx = m 이 EE 의 유일한 임계수이다. 게다가 ee 의 거듭제곱은 항상 양수이므로, E′(x)E'(x) 의 부호는 전적으로 식 −2(x−m)2s2=−12(x−m)-\frac{2(x-m)}{2s^2} = -\frac{1}{2}(x-m) 에 의해 정해진다. xx 의 이 일차함수는 기울기가 음수이므로 x<mx < m 에서 양수이고 x>mx > m 에서 음수이며, 따라서 E′(x)E'(x) 는 x<mx < m 에서 양수이고 x>mx > m 에서 음수이다. 그러므로 x<mx < m 에서 EE 는 증가하고 x>mx > m 에서 EE 는 감소하며, x=mx = m 에서 극댓값을 가진다. (c) 주어진 E′′(x)E''(x) 의 식과, ee 의 거듭제곱은 양수라는 사실로부터, E′′(x)=0E''(x) = 0 이 되는 방법은 ((x−m)2−s2s4)=0 \left(\frac{(x-m)^2 - s^2}{s^4} \right) = 0\, 인 경우뿐이고, 이로부터 (x−m)2=s2(x-m)^2 = s^2 이므로 x−m=±sx-m = \pm s, 즉 x=m±sx = m \pm s 이다. 이 두 값이 E′′(x)=0E''(x) = 0 이 되는 xx 의 값이다. (d) x→±∞x \to \pm \infty 일 때, 이차함수 −(x−m)22s2-\frac{(x-m)^2}{2s^2} 은 한없이 감소한다. 이 이차함수의 그래프는 위로 볼록한 포물선이므로 그렇다. 따라서 E(x)E(x) 의 식에서 ee 의 지수는 한없이 감소하고, ee 를 절댓값이 점점 더 큰 음수만큼 거듭제곱하면 그 결과가 0에 가까워지므로 E(x)E(x) 는 00 에 가까워진다. 그러므로 lim⁡x→∞E(x)=lim⁡x→−∞E(x)=0\lim_{x \to \infty} E(x) = \lim_{x \to -\infty} E(x) = 0 이다. (e) EE 는 x=mx = m 에서 하나의 임계수를 가지고, x=m±sx = m \pm s 에서 변곡점이 될 수 있는 두 점을 가지며, x→±∞x \to \pm \infty 일 때 E(x)→0E(x) \to 0 임을 보였다. 이 모든 성질이 다음 그림에 나타나 있다. 종 모양 곡선의 그래프로, 최댓값 (m,E(m))이 제1사분면에 있다. 변곡점도 표시되어 있다: (m pm s,E(m pm s)). 그래프의 나머지 모든 부분은 앞에서 언급한 성질들을 나타낸다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Treating mm and ss as constants, by the chain rule, E′(x)=e−(x−m)22s2⋅ddx[−(x−m)22s2]=e−(x−m)22s2⋅[−2(x−m)2s2]E'(x) = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} \cdot \frac{d}{dx}\left[ -\frac{(x-m)^2}{2s^2} \right] = e^{-\frac{(x-m)^2}{2s^2}} \cdot \left[ -\frac{2(x-m)}{2s^2} \right] Note that E′(x)E'(x) is defined for every value of xx, thus the only critical numbers occur where E′(x)=0E'(x) = 0. Since ee raised to any power is never zero, the only way that E′(x)=0E'(x) = 0 is for [−2(x−m)2s2]=0\left[ -\frac{2(x-m)}{2s^2} \right] = 0, which implies that x=mx = m. Thus, x=mx = m is the only critical number of EE. (b) As we noted in (a), x=mx = m is the only critical number of EE. More over, since ee to any power is always positive, the sign of E′(x)E'(x) depends entirely on the expression −2(x−m)2s2=−12(x−m)-\frac{2(x-m)}{2s^2} = -\frac{1}{2}(x-m). This linear function of xx has negative slope, and thus is positive for x<mx < m and negative for x>mx > m, and thus E′(x)E'(x) is positive for x<mx < m and negative for x>mx > m. Therefore, EE is increasing for x<mx < m and decreasing for x>mx > m, with a local maximum at x=mx = m. (c) From the given formula for E′′(x)E''(x) and our knowledge that ee to any power is positive, the only way E′′(x)=0E''(x) = 0 is for ((x−m)2−s2s4)=0 ,\left(\frac{(x-m)^2 - s^2}{s^4} \right) = 0\,, which implies that (x−m)2=s2(x-m)^2 = s^2, and therefore x−m=±sx-m = \pm s, or x=m±sx = m \pm s. These are the two values for which E′′(x)=0E''(x) = 0. (d) As x→±∞x \to \pm \infty, we know that the quadratic function −(x−m)22s2-\frac{(x-m)^2}{2s^2} must decrease without bound because the quadratic function opens down. Thus, the power to which we are raising ee in the formula for E(x)E(x) is decreasing without bound, which means that E(x)E(x) must approach 00 since raising ee to more and more negative numbers drives the result to 00. Thus, lim⁡x→∞E(x)=lim⁡x→−∞E(x)=0\lim_{x \to \infty} E(x) = \lim_{x \to -\infty} E(x) = 0. (e) We've shown that EE has a single critical number at x=mx = m and two potential points of inflection at x=m±sx = m \pm s, as well as that E(x)→0E(x) \to 0 as x→±∞x \to \pm \infty. All of these properties are reflected in the following figure. The graph of a bell curve with global maximum (m,E(m)) in the first quadrant. The points of inflection are also labeled: (m pm s,E(m pm s)). All other aspects of the graph depict the properties noted

한 번 더 — 비슷한 문제APEX · 3.5절 · 4번우리말 번역

참/거짓: 함수의 그래프를 그릴 때 변곡점이 될 수 있는 점을 찾는 것은 유용하다.

답 쓰고 채점
다 풀었으면 정답 확인

T

이 문제로 이어서 풀기
# 함수의 그래프 그리기그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

「함수의 그래프 그리기」 문제 목록으로